KR20160002973A - Led pattern wafer, led epitaxial wafer, and production method for led epitaxial wafer - Google Patents
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Abstract
LED용 패턴 웨이퍼(10)는, 주면의 적어도 일부에 실질적으로 n회 대칭의 배열을 갖는 요철 구조(A)(20)를 구비하고, 요철 구조(A)(20)의 적어도 일부는, 주면 내에서의 결정축 방향에 대한 요철 구조(A)(20)의 배열축 A의 회전 시프트각(Θ)이 0°<Θ≤(180/n)°를 만족하는 동시에, 요철 구조(A)(20)의 볼록부 정상부는, 곡율 반경이 0 초과인 각부이다. 요철 구조(A)(20) 위에는, 제1 반도체층(30), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)이 이 순서대로 적층되어, LED용 에피택셜 웨이퍼(100)를 구성한다. 크랙 및 내부 양자 효율(IQE)이 개선된 LED용 패턴 웨이퍼 및 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제공할 수 있다. The pattern wafer 10 for LED has a concavo-convex structure (A) 20 having at least a part of the main surface thereof arranged substantially symmetrically n times, and at least a part of the concave- convex structure (A) Of the concave and convex structure (A) 20 with respect to the crystal axis direction of the convexo-concave structure (A) 20 satisfies 0 ° <? (180 / n) Is a corner portion whose radius of curvature is greater than zero. The first semiconductor layer 30, the light-emitting semiconductor layer 40 and the second semiconductor layer 50 are stacked in this order on the concave-convex structure (A) 20 to constitute the LED epitaxial wafer 100 . It is possible to provide pattern wafers for LEDs and epitaxial wafers for LEDs with improved cracking and internal quantum efficiency (IQE).
Description
본 발명은, LED용 패턴 웨이퍼, LED용 에피택셜 웨이퍼 및 LED용 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a patterned wafer for LED, an epitaxial wafer for LED, and a method for manufacturing an epitaxial wafer for LED.
반도체 발광 소자 칩, 예컨대 LED 칩은, 일반적으로, LED용 웨이퍼 상에 발광 다이오드 구조인 제1 반도체층, 발광 반도체층 및 제2 반도체층을 순차 적층 성장시킨 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조하고, 그 후, 제2 반도체층 및 제1 반도체층 위에 각각 전극을 형성하여, 칩화함으로써 제조된다. 그리고, 각 반도체층으로부터 주입되는 정공과 전자의 재결합에 의해 발생하는 발광광을, LED 칩의 외부로 추출함으로써, LED의 발광을 시인할 수 있다. 한편, 일반적으로는, 제2 반도체층 상의 투명 전극 측 또는 LED용 웨이퍼 측으로부터 발광광을 추출하도록 한 구조가 채용되고 있지만, LED용 웨이퍼를 제거하고 제1 반도체층 측에서 발광광을 추출할 수도 있다.Semiconductor light emitting device chips, for example, LED chips generally include an LED epitaxial wafer in which a first semiconductor layer, a light emitting semiconductor layer, and a second semiconductor layer, which are light emitting diode structures, are successively layered and grown on a wafer for LED, Forming an electrode on the second semiconductor layer and the first semiconductor layer, respectively, and then forming the chip on the chip. The emission of the LED can be recognized by extracting the emitted light generated by the recombination of the holes and electrons injected from the respective semiconductor layers to the outside of the LED chip. On the other hand, in general, a structure is adopted in which luminescent light is extracted from the side of the transparent electrode on the second semiconductor layer or the side of the wafer for LED, but it is also possible to remove the LED wafer and extract the luminescent light from the first semiconductor layer side have.
LED의 효율을 나타내는 외부 양자 효율(EQE)(External Quantum Efficiency)을 결정하는 요인으로서는, 전자 주입 효율(EIE)(Electron Injection Efficiency), 내부 양자 효율(IQE)(Internal Quantum Efficiency) 및 광 추출 효율(LEE)(Light Extraction Efficiency)을 들 수 있다. 이 중, 내부 양자 효율(IQE)은, 반도체 결정의 격자 부정합에 기인하는 전위 밀도에 의존하다(예컨대, 비특허문헌 1). 광 추출 효율(LEE)은, LED용 패턴 웨이퍼의 요철 구조에 의한 광 산란에 의해, 반도체층 내부의 도파 모드를 무너뜨림으로써 개선된다(예컨대, 특허문헌 1). 또한, 전자 주입 효율(EIE)은, 제2 반도체층과 ITO, ZnO, In2O3 또는 SnO2 등의 산화물로 구성된 투명 도전층과의 계면 저항을 저감함으로써 개선된다. (EQ), internal quantum efficiency (IQE), and optical extraction efficiency (EQE), which determine the external quantum efficiency (EQE) LEE) (Light Extraction Efficiency). Among them, the internal quantum efficiency (IQE) depends on the dislocation density due to the lattice mismatch of the semiconductor crystal (for example, Non-Patent Document 1). The light extraction efficiency (LEE) is improved by destroying the waveguide mode inside the semiconductor layer by light scattering by the concave-convex structure of the patterned wafer for LED (for example, Patent Document 1). Further, the electron injection efficiency (EIE) is improved by reducing the interface resistance between the second semiconductor layer and the transparent conductive layer composed of an oxide such as ITO, ZnO, In 2 O 3 or SnO 2 .
이상 설명한 세 가지 요소에 의해 LED의 외부 양자 효율(EQE)은 결정되지만, 내부 양자 효율(IQE)은, LED가 발광하는 효율 그 자체를 의미하며, LED용 패턴 웨이퍼에, 제1 반도체층, 발광 반도체층 및 제2 반도체층을 성막하여 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조해 버린다면, 큰 개선은 기대할 수 없다. 즉, 높은 외부 양자 효율(EQE)을 실현하는 LED를 제조하기 위해서는, 내부 양자 효율(IQE)을 적어도 개선할 필요가 있다. The external quantum efficiency (EQE) of the LED is determined by the three factors described above, but the internal quantum efficiency (IQE) means the efficiency with which the LED emits light. The patterned wafer for LED includes a first semiconductor layer, If a semiconductor layer and a second semiconductor layer are formed to manufacture an epitaxial wafer for LED, a great improvement can not be expected. That is, in order to manufacture an LED that realizes a high external quantum efficiency (EQE), it is necessary to at least improve the internal quantum efficiency (IQE).
이러한 배경에서, 내부 양자 효율(IQE)을 크게 개선하기 위해서, LED용 웨이퍼의 표면에 미리 요철 구조를 형성한 LED용 패턴 웨이퍼의, 상기 요철 구조 상에 반도체층을 성막하여 제조된 LED가 제안되어 있다(예컨대, 비특허문헌 2 참조). In this background, in order to significantly improve the internal quantum efficiency (IQE), an LED manufactured by forming a semiconductor layer on the concave-convex structure of a patterned wafer for LED in which a concave-convex structure is previously formed on the surface of the wafer for LED has been proposed (See, for example, Non-Patent Document 2).
그러나, 내부 양자 효율(IQE)을 개선하기 위해서 LED용 웨이퍼에 요철 구조를 형성한 경우, 반도체층의 성장성이 안정되지 않고, 이에 따라 반도체층에 의한 요철 구조의 평탄화가 양호하게 이루어지지 않아, 반도체층에 크랙이 생성된다고 하는 문제가 있다. 이러한 크랙이 생성됨으로써, LED용 에피택셜 웨이퍼의 발광 다이오드 특성이 크게 저하되는 동시에, LED 칩의 결손율이 증가한다. However, when the concave-convex structure is formed on the wafer for LED in order to improve the internal quantum efficiency (IQE), the growth property of the semiconductor layer is not stabilized, and accordingly, the flatness of the concave-convex structure by the semiconductor layer is not satisfactorily made, There is a problem that a crack is generated in the layer. The generation of such a crack significantly lowers the light emitting diode characteristics of the epitaxial wafer for LED, and increases the defect rate of the LED chip.
본 발명은, 상기 설명한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 내부 양자 효율(IQE)이 개선된 반도체층을, 크랙의 발생을 억제하여 성막할 수 있는 LED용 패턴 웨이퍼를 제공하는 것, 및 크랙 및 내부 양자 효율(IQE)이 개선된 LED용 에피택셜 웨이퍼 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a patterned wafer for LED which can form a semiconductor layer with improved internal quantum efficiency (IQE) And an object thereof is to provide an epitaxial wafer for LEDs with improved efficiency (IQE) and a manufacturing method thereof.
본 발명의 LED용 패턴 웨이퍼는, 주면의 적어도 일부에 실질적으로 n회 대칭의 배열을 갖는 요철 구조(A)를 구비하고, 상기 요철 구조(A)의 적어도 일부는, 상기 주면 내에서의 LED용 패턴 웨이퍼 결정축 방향에 대한 상기 요철 구조(A)의 배열축 A의 회전 시프트각(Θ)이 0°<Θ≤(180/n)°를 만족하는 동시에, 상기 요철 구조(A)의 볼록부 정상부는, 곡율 반경이 0 초과인 각부(角部, Corner Section)인 것을 특징으로 한다. The patterned wafer for LED according to the present invention comprises a concavo-convex structure (A) having at least a part of a main surface substantially symmetrical with n times, at least a part of the convexo-concave structure (A) The rotational shift angle? Of the array axis A of the concave-convex structure A with respect to the direction of the pattern wafer axis satisfies 0 ° <? (180 / n) 占 and the convex- Is a corner section having a radius of curvature of more than 0.
또한 본 발명의 LED용 에피택셜 웨이퍼는, LED용 패턴 웨이퍼의 상기 요철 구조(A)가 형성된 상기 주면 상에 적어도 제1 반도체층, 발광 반도체층 및 제2 반도체층이 이 순서로 적층된 것을 특징으로 한다. The epitaxial wafer for LED of the present invention is characterized in that at least a first semiconductor layer, a light-emitting semiconductor layer, and a second semiconductor layer are laminated in this order on the main surface of the patterned wafer for LEDs on which the concavoconvex structure A is formed .
또한 본 발명의 LED용 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법은, LED용 패턴 웨이퍼를 준비하는 공정과, 준비한 상기 LED용 패턴 웨이퍼를 광학 검사하는 공정과, 광학 검사한 상기 LED용 패턴 웨이퍼를 사용하여 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. Further, the method for manufacturing an epitaxial wafer for LED of the present invention includes the steps of preparing a patterned wafer for LED, optically inspecting the prepared patterned wafer for LED, using the patterned wafer for LED, And a step of producing an epitaxial wafer.
본 발명에 따르면, LED용 패턴 웨이퍼의 요철 구조(A)에 의해 반도체층에 생성되는 전위를 분산화하면서 또한 밀도를 줄임으로써 내부 양자 효율(IQE)을 개선한다. 동시에, LED용 패턴 웨이퍼의 결정축과 요철 구조(A)의 배열축 A과의 회전 시프트각(Θ)을 소정의 범위로 함으로써, 반도체층에 생기는 크랙을 억제할 수 있다. 즉, 발광 다이오드 특성이 양호한 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있다. 이에 따라, 외부 양자 효율(EQE)이 높은 LED 칩을 효율적으로 제조할 수 있다. According to the present invention, the internal quantum efficiency (IQE) is improved by dispersing the dislocations generated in the semiconductor layer by the concavo-convex structure (A) of the patterned wafer for LED and reducing the density. Simultaneously, by setting the rotation shift angle (?) Between the crystal axis of the pattern wafer for LED and the arrangement axis A of the concave-convex structure (A) within a predetermined range, cracks occurring in the semiconductor layer can be suppressed. That is, an epitaxial wafer for LEDs having good light emitting diode characteristics can be manufactured. Thus, an LED chip having a high external quantum efficiency (EQE) can be efficiently manufactured.
도 1은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 결정축과 요철 구조(A)의 배열축 A에 의해 만들어지는 회전 시프트각(Θ)을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서의 3회 이상의 대칭성을 갖는 요철 구조(A)의 배열예를 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서의 3회 이상의 대칭성을 갖는 요철 구조(A)의 배열예를 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 주면 내의 결정 격자의 결정축을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면 상에 반도체층을 성막할 때에 핵 성장 단계에서 성막을 정지시킨 경우의 표면 관찰상을 도시하는 모식도이다.
도 6은 LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에서 반도체층을 성장시킨 경우의, 회전 시프트각(Θ)과, 반도체층의 성장에 기여하는 오목부 바닥부의 크기 및 성장하는 반도체층이 통과하는 볼록부의 밀도와의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 7은 LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에서 반도체층을 성장시킨 경우의, 듀티(Duty)와, 반도체층의 성장에 기여하는 오목부 바닥부의 크기 및 성장하는 반도체층이 통과하는 볼록부의 밀도와의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시하는 회전 시프트각(Θ)과 듀티의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)과 듀티와의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 10A는 본 실시형태에 따른 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 단면 형상의 일례를 도시하는 주사형 전자 현미경 사진이고, 도 10B는 도 10A의 일부를 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 실시형태에 따른 비도핑 제1 반도체층의 일례를 도시하는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 12A는 크랙을 보여주는 주사형 전자 현미경 사진이고, 도 12B는 도 12A의 일부를 나타내는 모식도이다.
도 13은 크랙 밀도와 로킹 커브의 반치폭(FWHM)과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 14는 크랙 밀도와 캐소드 루미네센스(CL) 평가에 의해 얻어진 화상으로부터 구한 암전 밀도와의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 15는 본 실시형태에 따른 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 단면 형상의 예를 도시하는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 16은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)과 듀티와의 관계를 도시하는 그래프도이다.
도 17은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)과 듀티와의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 18은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서의 요철 구조(G)와 비(非)G 영역과의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 19는 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서의 요철 구조(G) 영역에 의해 만들어지는 윤곽 형상을 도시하는 모식도이다.
도 20은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 표면에서 관찰한 상태를 도시하는 평면 모식도이다.
도 21은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 표면에서 관찰한 상태를 도시하는 평면 모식도이다.
도 22는 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼의 일례를 도시하는 단면 개략도이다.
도 23은 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다.
도 24는 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다.
도 25는 본 실시형태에 따른 LED 칩을 도시하는 단면 개략도이다.
도 26은 본 실시형태에 따른 LED 칩의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다.
도 27은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 일례를 도시하는 단면 개략도이다.
도 28은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다.
도 29는 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)에 있어서의 요철 구조를 도시하는 모식도이다.
도 30은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다. Fig. 1 is a schematic diagram for explaining the rotation shift angle? Made by the crystal axis of the
Fig. 2 is a schematic diagram showing an arrangement example of the concavo-convex structure A having three or more symmetries in the
Fig. 3 is a schematic diagram showing an arrangement example of the concavo-convex structure A having three or more symmetries in the
Fig. 4 is a schematic diagram for explaining crystal axes of the crystal lattice in the main surface of the patterned wafer for
5 is a schematic diagram showing a surface observation image when the film formation is stopped in the nucleus growth step when the semiconductor layer is formed on the surface of the patterned
6 is a graph showing the relationship between the rotational shift angle? When the semiconductor layer is grown on the
7 is a graph showing the relation between the duty, the size of the concave bottom portion contributing to the growth of the semiconductor layer, and the density of the convex portion through which the growing semiconductor layer passes, when the semiconductor layer is grown on the
Fig. 8 is a graph showing the relationship between the rotation shift angle? And the duty shown in Figs. 6 and 7. Fig.
9 is a graph showing the relationship between the average spacing Pave of the concavo-convex structure A of the patterned
FIG. 10A is a scanning electron micrograph showing an example of the cross-sectional shape of the convex portion of the concavo-convex structure A according to the present embodiment, and FIG. 10B is a schematic view showing a part of FIG. 10A.
11 is a scanning electron micrograph showing an example of the undoped first semiconductor layer according to the present embodiment.
FIG. 12A is a scanning electron micrograph showing a crack, and FIG. 12B is a schematic diagram showing a part of FIG. 12A.
13 is a graph showing the relationship between the crack density and the half width (FWHM) of the rocking curve.
14 is a graph showing the relationship between the crack density and the dark density obtained from the image obtained by the evaluation of the cathode luminescence (CL).
15 is a scanning electron micrograph showing an example of the cross-sectional shape of the convex portion of the concavo-convex structure A according to the present embodiment.
16 is a graph showing the relationship between the average spacing (Pave) of the concavo-convex structure A of the patterned wafer for
17 is a graph showing the relationship between the average spacing (Pave) of the concavo-convex structure A of the patterned
18 is an explanatory view showing the relationship between the concavo-convex structure G and the non-G region in the
Fig. 19 is a schematic diagram showing an outline shape formed by the concavo-convex structure G region in the patterned
20 is a schematic plan view showing a state in which the patterned
21 is a schematic plan view showing a state in which the patterned
22 is a schematic cross-sectional view showing an example of an epitaxial wafer for LED according to the present embodiment.
23 is a schematic cross-sectional view showing another example of the epitaxial wafer for LED according to the present embodiment.
24 is a schematic cross-sectional view showing another example of the epitaxial wafer for LED according to the present embodiment.
25 is a schematic cross-sectional view showing the LED chip according to the present embodiment.
26 is a schematic cross-sectional view showing another example of the LED chip according to the present embodiment.
27 is a schematic cross-sectional view showing an example of the patterned
28 is a schematic cross-sectional view showing another example of the patterned
29 is a schematic diagram showing the concavo-convex structure of the patterned
30 is a schematic cross-sectional view showing another example of the patterned
이하, 본 발명의 일 실시형태(이하, 「실시형태」라고 약기함)에 관해서 상세히 설명한다. 한편, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다. Hereinafter, one embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as " embodiment ") will be described in detail. On the other hand, the present invention is not limited to the following embodiments, but various modifications may be made within the scope of the present invention.
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)는, 주면에 실질적으로 n회 대칭의 배열을 갖는 요철 구조(A)를 구비하고, 상기 요철 구조(A)의 적어도 일부는, 상기 주면 내에서의 LED용 패턴 웨이퍼(1) 결정축 방향에 대한 상기 요철 구조(A)의 배열축 A의 회전 시프트각(Θ)이 0°<Θ≤(180/n)°를 만족하는 동시에, 상기 요철 구조(A)의 볼록부 정상부는 곡율 반경이 0 초과인 각부인 것을 특징으로 한다. The patterned
이 구성에 따르면, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)가 형성된 주면 상에 성막되는 반도체층에 대하여 생성되는 크랙을 억제할 수 있다. 동시에, 반도체층에 대하여 생성되는 전위를 분산화하고, 그 밀도를 저감할 수 있다. 따라서, LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용한 LED용 에피택셜 웨이퍼의 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키는 동시에, LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제조할 때의 수율을 향상시킬 수 있다. 나아가서는, LED용 에피택셜 웨이퍼의 반도체층에 대한 크랙을 억제할 수 있기 때문에, LED 칩의 결손율을 저감할 수 있다. According to this configuration, cracks generated in the semiconductor layer to be formed on the main surface on which the concavo-convex structure A of the patterned wafer for
우선, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 볼록부 정상부는, 곡율 반경이 0 초과인 각부이다. 이 때문에, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A) 상에 반도체층을 성막할 때에, 요철 구조의 오목부 바닥부를 기준으로 하여 반도체층을 성장시킬 수 있다. 즉, 요철 구조의 오목부 바닥부로부터 우선적으로 반도체층이 성장한다. 이어서, LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에 형성되는 요철 구조(A)는, 실질적으로 n회 대칭의 배열을 갖는다. 이 때문에, LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에 성막되는 반도체층의 초기 성장 단계에 주목한 경우, 반도체층의 핵 생성을 균등하게 분산화하는 동시에, 핵 성장의 불균등성에 밸런스를 잡을 수 있다. 여기서, 핵 성장의 불균등성이란, 핵 성장에 의해 반도체층이 부분적으로 융기하는 것이다. 즉, 부분적으로 융기하는 핵 성장 단계의 반도체층을 분산화할 수 있다. 그리고, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 주면 내에서의 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 결정축 방향을 기준으로 했을 때에, 요철 구조(A)의 배열축 A가 회전 시프트각(Θ)만큼 소정의 범위 내에서 시프트하고 있다. 이에 따라, 반도체층의 초기 성장에 크게 공헌하는 요철 구조의 오목부 바닥부의 크기를 크게 할 수 있다. 동시에, 반도체층의 성장 방향에서 본 경우의, 성장하는 반도체층이 통과하는 요철 구조의 볼록부의 수를 감소시킬 수 있다. 이상으로부터, 반도체층이 성장할 때의, 성장하는 핵끼리의 합체(유착)성이 양호하게 되어, 반도체층에의 크랙을 억제할 수 있다. 동시에, 상기 합체시에, 반도체층 내부의 전위의 진행 방향은 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 면내 방향으로 변화된다. 이에 따라, 전위끼리의 충돌이 효과적으로 유발되기 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이 개선된다. 즉, 내부 양자 효율(IQE)이 개선된 반도체층을, 크랙을 억제한 상태에서 얻을 수 있기 때문에, 양호한 발광 다이오드 특성을 갖는 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있고, 이에 따라 외부 양자 효율(EQE)이 높은 LED 칩을 효과적으로 제조할 수 있다. First, the convex portion of the concavo-convex structure A of the pattern wafer for
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에서는, 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)은 50 nm≤Pave≤1500 nm을 만족하는 것이 바람직하다. In the patterned
이 경우, 내부 양자 효율(IQE)의 개선 효과와 크랙 억제 효과가 함께 커진다. 우선, 평균 간격(Pave)이 상기 범위를 만족함으로써, 요철 구조(A)의 오목부의 밀도가 향상되므로, 이미 설명한 성장하는 반도체층끼리의 합체 빈도를 크게 할 수 있다. 즉, 반도체층 속의 전위가, 그 진행 방향을 변화시키는 빈도를 향상시킬 수 있기 때문에, 전위의 저감 효과가 커지고, 이에 따라, 내부 양자 효율(IQE)이 효과적으로 향상된다. 더욱이, 반도체층의 초기 성장에 크게 공헌하는 요철 구조의 오목부 바닥부의 크기를, 소정의 범위 내에 들어가게 할 수 있다. 이에 따라, 요철 구조(A)의 오목부 바닥부에 있어서의 반도체층의 핵 성장을 양호하게 유지할 수 있다. 따라서, 요철 구조(A)의 배열축 A가 회전 시프트각(Θ)만큼 소정의 범위 내에서 시프트함에 따른 반도체층에의 크랙 억제 효과가 커진다. In this case, both the improvement effect of the internal quantum efficiency (IQE) and the crack suppression effect are increased. Firstly, when the average spacing Pave satisfies the above range, the density of the concave portion of the concavoconvex structure A is improved, so that the frequency of incorporation of the growing semiconductor layers described above can be increased. In other words, since the potential in the semiconductor layer can improve the frequency of changing its traveling direction, the potential reduction effect becomes larger, thereby effectively improving the internal quantum efficiency IQE. Furthermore, the size of the concave bottom portion of the concave-convex structure contributing greatly to the initial growth of the semiconductor layer can be made to fall within a predetermined range. As a result, the nucleation of the semiconductor layer at the bottom of the concave portion of the concave-convex structure A can be satisfactorily maintained. Therefore, the effect of suppressing cracks in the semiconductor layer is increased as the array axis A of the concavoconvex structure A shifts within a predetermined range by the rotational shift angle?.
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에서는, 상기 요철 구조(A)의 볼록부 바닥부의 평균 폭(φave)과 상기 평균 간격(Pave)과의 비율(φave/Pave)인 듀티를 이용했을 때에, 상기 회전 시프트각(Θ)은, atan(듀티/2)°≤Θ≤(180/n)°의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. In the patterned
이 경우, 내부 양자 효율(IQE) 개선 효과와 반도체층에의 크랙 억제 효과가 함께 보다 커진다. 회전 시프트각(Θ)이 상기 범위를 만족함으로써, 반도체층의 초기 성장에 크게 공헌하는 요철 구조(A)의 오목부 바닥부의 크기를, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 면내 방향에 있어서 반도체층의 성장 방향에 대략 수직인 방향으로 크게 잡을 수 있기 때문에, 반도체층의 성장 속도가 빠른 면의 크기가 커진다. 이에 따라, 성장하는 반도체층끼리의 합체에 주목한 경우에, 합체하는 반도체층끼리의 계면적이 커진다. 또한, 반도체층의 성장 속도가 빠른 면이 가로지르는 요철 구조(A)의 볼록부의 수를 감소시킬 수 있기 때문에, 성장하는 반도체층끼리의 합체성이 양호하게 된다. 이상으로부터, 내부 양자 효율(IQE)이 보다 향상되어, 반도체층에 생기는 크랙이 효과적으로 억제된다. In this case, the internal quantum efficiency (IQE) improvement effect and the crack suppression effect on the semiconductor layer become larger together. The size of the concave bottom portion of the concavo-convex structure A contributing greatly to the initial growth of the semiconductor layer can be made smaller than the size of the bottom portion of the concave portion A in the in-plane direction of the
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼에서는, 상기 LED용 패턴 웨이퍼(1)가, 사파이어 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 실리콘 카바이드 웨이퍼 또는 질화갈륨계 웨이퍼인 것이 바람직하다. In the patterned wafer for LED according to the present embodiment, it is preferable that the patterned wafer for
이 구성에 따르면, 상기한 내부 양자 효율(IQE)의 향상, 반도체층의 크랙 억제, 생산 시간의 단축을 보다 효과적으로 발현할 수 있게 되기 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이 높은 LED 칩을 수율 높고 또 생산 시간 짧게 얻을 수 있다. According to this configuration, since it is possible to more effectively exhibit the improvement of the internal quantum efficiency (IQE), the suppression of cracks in the semiconductor layer and the shortening of the production time, the LED chips having a high internal quantum efficiency (IQE) Production time can be shortened.
본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼는, 상기 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 상기 요철 구조(A)가 형성된 상기 주면 상에 적어도 제1 반도체층, 발광 반도체층 및 제2 반도체층이 이 순서로 적층된 것을 특징으로 한다. The epitaxial wafer for LED according to the present embodiment is characterized in that at least the first semiconductor layer, the light-emitting semiconductor layer, and the second semiconductor layer are formed on the main surface on which the concave-convex structure A of the patterned wafer for
이 구성에 따르면, 이미 설명한 원리로부터, 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 발광 다이오드 구조인 반도체층을 갖는 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있다. According to this structure, it is possible to manufacture an epitaxial wafer for LED having a semiconductor layer, which is a light emitting diode structure having a high internal quantum efficiency (IQE) with suppressed cracks, from the principle already described.
본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼에서는, 상기 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 상기 발광 반도체층 측의 표면과 상기 발광 반도체층의 상기 제1 반도체층 측의 표면과의 거리(Hbun)와, 상기 요철 구조(A)의 평균 높이(Have)와의 비율(Hbun/Have)이, 2≤Hbun/Have≤300을 만족하는 것이 바람직하다. In the epitaxial wafer for LED according to the present embodiment, the distance (Hbun) between the surface of the
이 구성에 따르면, 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 LED용 에피택셜 웨이퍼를 효율적으로 제조할 수 있다. LED용 패턴 웨이퍼(1)의 주면에 형성된 요철 구조(A)에 의해, 이미 설명한 원리에 의해, 제1 반도체층의 결정성을 높이는 동시에, 크랙을 억제할 수 있다. 특히, 비율(Hbun/Have)이 2 이상임으로써, 제1 반도체층에 의한 요철 구조(A)의 평탄화 정도가 향상된다. 이에 따라, 효과적으로, 제1 반도체층 상에 설치되는 발광 반도체층 및 제2 반도체층의 성막 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다. 이 때문에, 전위가 적은 제1 반도체층의 반도체로서의 성능을, 발광 반도체층 및 제2 반도체층에, 크랙을 억제한 상태에서 반영시킬 수 있게 되어, 크랙이 억제되면서 또 내부 양자 효율(IQE)이 높은 발광 다이오드 구조인 반도체층(제1 반도체층, 발광 반도체층 및 제2 반도체층을 포함한다. 이하, 마찬가지임)을 얻을 수 있다. 또한, 비율(Hbun/Have)이 300 이하임으로써, 상기 효과에 더하여, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 휘어짐을 억제할 수 있기 때문에, LED 칩화 효율을 향상시킬 수 있다. 이상으로부터, 비율(Hbun/Have)이 소정의 범위를 만족함으로써, 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 성막할 수 있는 동시에, 반도체층을 성막한 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 휘어짐을 억제할 수 있기 때문에, 고효율의 LED 칩을 생산 효율 높게 제조할 수 있다. 특히, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 크기가 6 인치 이상의 직경으로 된 경우라도, LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 이로부터, 본 발명의 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 6 인치φ 이상의 크기로 사용함으로써, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 두께를 얇게 하는 동시에, LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 특히, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 두께를 얇게 함으로써, LED용 패턴 웨이퍼의 사용량을 저감, 즉, 환경 적합도를 높일 수 있다. 더욱이, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대한 열의 고임을 억제할 수 있으므로, 반도체층 성막시의 온도 관리가 용이하게 된다. According to this configuration, it is possible to efficiently manufacture an epitaxial wafer for LED having a high internal quantum efficiency (IQE) with suppressed cracks. The crystallinity of the first semiconductor layer can be increased and the crack can be suppressed by the previously described principle by the concavo-convex structure A formed on the main surface of the patterned
본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼에서는, 상기 제1 반도체층이 상기 LED용 패턴 웨이퍼(1) 측으로부터 순차 적층된 비도핑 제1 반도체층 및 도핑 제1 반도체층을 포함하고, 상기 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 상기 발광 반도체층 측의 표면과 비도핑 제1 반도체층의 도핑 제1 반도체층 측의 표면과의 거리(Hbu)와, 상기 요철 구조(A)의 평균 높이(Have)와의 비율(Hbu/Have)이, 1.5≤Hbu/Have≤200을 만족하는 것이 바람직하다. In the epitaxial wafer for LED according to the present embodiment, the first semiconductor layer includes a non-doped first semiconductor layer and a doped first semiconductor layer which are sequentially laminated from the patterned wafer for
이 구성에 따르면, 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 LED용 에피택셜 웨이퍼를 효율적으로 제조할 수 있다. LED용 패턴 웨이퍼(1)의 주면에 형성된 요철 구조(A)에 의해, 이미 설명한 원리에 의해, 비도핑 제1 반도체층의 결정성을 높이는 동시에, 크랙을 억제할 수 있다. 특히, 비율(Hbu/Have)이 1.5 이상임으로써, 비도핑 제1 반도체층에 의한 요철 구조(A)의 평탄화 정도가 향상된다. 이에 따라, 효과적으로, 비도핑 제1 반도체층 상에 형성되는 도핑 제1 반도체층, 발광 반도체층 및 제2 반도체층의 성막 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다. 이 때문에, 전위가 적은 비도핑 제1 반도체층의 결정성을, 도핑 제1 반도체층, 발광 반도체층 및 제2 반도체층에, 크랙을 억제한 상태에서 반영시킬 수 있게 되어, 크랙이 억제되고 또 내부 양자 효율(IQE)이 높은 LED용 에피택셜 웨이퍼를, 생산 시간을 단축하면서 얻을 수 있다. 또한, 비율(Hbu/Have)이 200 이하임으로써, 상기 효과에 더하여, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 휘어짐을 억제할 수 있기 때문에, LED 칩화 효율을 향상시킬 수 있다. 이상으로부터, 비율(Hbu/Have)이 소정의 범위를 만족함으로써 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 성막할 수 있는 동시에, 반도체층을 성막한 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 휘어짐을 억제할 수 있기 때문에, 고효율의 LED 칩을 생산 효율 높게 제조할 수 있다. 특히, LED용 패턴 웨이퍼의 크기가 6 인치 이상의 직경으로 된 경우라도, LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 이로부터, 본 발명의 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 6 인치φ 이상의 크기로 사용함으로써, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 두께를 얇게 하는 동시에, LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 특히, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 두께를 얇게 함으로써, LED용 패턴 웨이퍼의 사용량을 저감, 즉, 환경 적합도를 높일 수 있다. 더욱이, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대한 열의 고임을 억제할 수 있으므로, 반도체층 성막시의 온도 관리가 용이하게 된다. According to this configuration, it is possible to efficiently manufacture an epitaxial wafer for LED having a high internal quantum efficiency (IQE) with suppressed cracks. The crystallinity of the undoped first semiconductor layer can be increased and the crack can be suppressed by the previously described principle by the concavo-convex structure A formed on the main surface of the patterned
본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼에서는, 상기 제1 반도체층, 상기 발광 반도체층 및 상기 제2 반도체층이 III-V족계 반도체라도 좋다. 또한, 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼에서는, 상기 제1 반도체층, 상기 발광 반도체층 및 상기 제2 반도체층이 GaN계 반도체라도 좋다. In the epitaxial wafer for LED according to the present embodiment, the first semiconductor layer, the light-emitting semiconductor layer, and the second semiconductor layer may be a III-V family semiconductor. In the epitaxial wafer for LED according to the present embodiment, the first semiconductor layer, the light-emitting semiconductor layer, and the second semiconductor layer may be GaN-based semiconductor.
본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법은, 상기 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 준비하는 공정과, 준비한 상기 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 광학 검사하는 공정과, 광학 검사한 상기 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용하여 상기 설명한 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. The method for manufacturing an epitaxial wafer for LED according to the present embodiment includes a step of preparing the
이 구성에 따르면, 요철 구조(A)의 배열축 A의 회전 시프트각(Θ)을 측정할 수 있으므로, LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조하지 않고서, LED용 에피택셜 웨이퍼의 발광 다이오드 특성을 예측하여, 걸러낼 수 있게 된다. 이 때문에, LED용 에피택셜 웨이퍼의 제조에 대한 수율을 향상시킬 수 있다. According to this configuration, since the rotational shift angle? Of the array axis A of the concavoconvex structure A can be measured, the light emitting diode characteristics of the LED epitaxial wafer can be predicted without manufacturing the epitaxial wafer for LED, So that it can be filtered. Therefore, the yield of the epitaxial wafer for LED can be improved.
본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에서는, 상기 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 준비하는 공정은, 표면에 미세 패턴을 구비하는 몰드를 사용한 전사법에 의해 상기 회전 시프트각(Θ)을 만족하도록 행해지는 것이 바람직하다. In the method of manufacturing an epitaxial wafer for LED according to the present embodiment, the step of preparing the
요철 구조(A)를 제작하는 데에 전사법을 채용함으로써, 과대한 장치나 제어 기구를 사용하지 않고서, 상기 설명한 회전 시프트각(Θ)의 범위를 만족하는 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제조할 수 있다. 특히, 전사법을 채용함으로써, 제조가 곤란한, 6 인치 이상의 직경을 갖는 LED용 패턴 웨이퍼(1)를, 정밀도 높게 효율적으로 제조할 수 있다. By employing the transfer method for manufacturing the concavoconvex structure A, the patterned
이하, 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1), LED용 에피택셜 웨이퍼 및 그 제조 방법에 관해서 이 순서로 상세히 설명한다. Hereinafter, the patterned
<<LED용 패턴 웨이퍼(1)>> << Pattern Wafer for LED (1) >>
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼는, 크랙을 억제한 고품위의 반도체층을 성막할 수 있게 하고, 내부 양자 효율(IQE)을 특히 향상시킬 수 있는 LED용 패턴 웨이퍼(1)와, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 한층 더한 기능으로서 높은 광 추출 효율(LEE)을 부여하게 한 LED용 패턴 웨이퍼(2) 양쪽을 포함한다. 이하의 설명에서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)부터 설명을 시작하고, LED용 패턴 웨이퍼(2)의 설명에 관해서는 주로 더 부가하는 요소에 주목하여 설명하는 것으로 한다. The patterned wafer for LED according to the present embodiment has a patterned wafer for
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)는, 표면에 요철 구조(A)를 구비한다. 요철 구조(A)는 LED용 웨이퍼의 일 주면이 가공된 것이더라도, LED용 웨이퍼의 일 주면 상에 별도 형성된 것이라도 좋다. 즉, LED용 웨이퍼를 구성하는 재료와, 요철 구조(A)를 구성하는 재료는 동일하더라도 다르더라도 좋다. 여기서, 이 요철 구조(A)는 실질적으로 n회 대칭의 배열을 갖는 것이며, 요철 구조(A)의 배열축 A 방향과, LED용 웨이퍼의 면내에서의 결정축 방향이 소정 범위 내에서 시프트하고 있는 것을 특징으로 한다. 이 시프트량을 회전 시프트각(Θ)이라고 부른다. The patterned
<회전 시프트각(Θ)> ≪ Rotation shift angle?
우선, 회전 시프트각(Θ)에 관해서 설명한다. 한편, 요철 구조(A)의 배열축 A 및 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 결정축에 관해서는 후술한다. 회전 시프트각(Θ)은, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 결정축을 기준으로 했을 때의, 요철 구조(A)의 배열축 A의 최소의 회전 각도로서 정의한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 결정축과 요철 구조(A)의 배열축 A에 의해 만들어지는 회전 시프트각(Θ)을 설명하기 위한 모식도이다. 도 1A에서, 간소화를 위해 배열축 A(도 1A에서 AXa로 나타냄)와 결정축(도 1A에서 AXc로 나타냄)을 각각 1개만 기재하고 있다. 도 1A에 도시하는 것과 같이, 결정축 AXc과 배열축 AXa의 교점을 중심점으로 했을 때에, 결정축 AXc을 배열축 AXa과 겹칠 때까지 회전시켰을 때의 최소의 각도가 회전 시프트각(Θ)이다. First, the rotation shift angle? Will be described. On the other hand, the arrangement axis A of the concavo-convex structure A and the crystal axes of the
이어서, 도 1B를 이용하여 결정축 및 배열축 A를 복수 고려하는 경우에 관해서 설명한다. 도 1B는, 편의상, 결정축(도 1B에서 AXc1, AXc2 및 AXc3으로 나타냄) 및 배열축 A(도 1B에서 AXa1, AXa2 및 AXa3으로 나타냄)을 함께 3개씩 발췌하여 그린 경우이다. 예컨대, 6회 대칭의 결정축을 갖는 LED용 웨이퍼에 대하여, 6회 대칭의 배열을 갖는 요철 구조(A)를 형성한 경우이다. 이러한 경우, 우선 결정축을 하나 골라낸다. 예컨대, 결정축 AXc1을 선택했다고 하자. 이어서, 결정축 AXc1을 회전시켜 배열축 A와 겹치는 각도를 기록한다. 예컨대, 배열축 AXa3과 겹칠 때의 작은 각도는 각도 ΘA이고, 배열축 AXa1과 겹칠 때의 작은 각도는 각도 ΘB이다. 이들 각도 중에서 최소인 것이 회전 시프트각(Θ)이다. 한편, 상기한 정의는, 배열축 A과 결정축을 역으로 하여도 성립한다. 즉, 배열축 A를 회전시켜, 결정축과 겹칠 때의 최소의 각도로 하여도 같은 식으로 정의된다. Next, a case in which a plurality of crystal axes and arrangement axes A are considered will be described with reference to Fig. 1B. 1B is a drawing of three crystal axes (denoted by AXc1, AXc2 and AXc3 in Fig. 1B) and an array axis A (denoted by AXa1, AXa2 and AXa3 in Fig. 1B) together for convenience. For example, it is a case in which a concavoconvex structure A having a six-fold symmetry arrangement is formed on an LED wafer having a crystal axis of six times symmetry. In this case, one crystal axis is selected first. For example, suppose that the crystal axis AXc1 is selected. Then, the crystal axis AXc1 is rotated to record the angle of overlap with the array axis A. [ For example, a small angle when overlapping the array axis AXa3 is an angle? A, and a small angle when overlapping the array axis AXa1 is an angle? B. The minimum of these angles is the rotation shift angle?. On the other hand, the above definition is also established by reversing the arrangement axis A and the crystal axis. That is, it is defined in the same manner by rotating the array axis A to the minimum angle at the time of overlapping the crystal axis.
<배열축> <Array axis>
이어서 배열축 A에 관해서 설명한다. 배열축 A이란, 요철 구조(A)의 배열 방향을 정하는 축이다. 요철 구조(A)의 배열은 실질적인 n회 대칭성을 갖는다. 한편, 본 명세서에서의 「n회 대칭」이란 「회전 대칭」을 의미한다. 이 때문에, n은 2 이상의 양의 정수이다. 요철 구조(A)를 그 표면으로부터, 예컨대 주사형 전자 현미경이나 원자간력 현미경에 의해 관찰함으로써, 요철 구조(A)의 배열을 확인할 수 있다. 따라서, 배열축 A은, (360/n)°의 회전에 의해 동일하거나 또는 다른 배열축 A에 겹치는 성질을 갖는다. 여기서, 배열축 A은, n회 대칭의 n이 2인 경우와, 3 이상인 경우에 있어서 따로따로 정의된다. Next, the array axis A will be described. The array axis A is an axis for determining the arrangement direction of the concavoconvex structure A. The arrangement of the concave-convex structure (A) has substantial n-fold symmetry. In the present specification, " n-times symmetry " means " rotational symmetry ". Therefore, n is a positive integer of 2 or more. By observing the concave-convex structure (A) from its surface by, for example, a scanning electron microscope or an atomic force microscope, the arrangement of the concavo-convex structure (A) can be confirmed. Therefore, the array axis A has the property of overlapping the same or different array axis A by rotation of (360 / n) degrees. Here, the array axis A is defined separately for the case where n is symmetrical n times, and when n is two or more.
우선, 2회 대칭인 경우, 어느 하나의 축에 대하여 대칭인 배열로 된다. 이 때, 배열축 A는 그 축에 대하여 수직인 방향의 축으로서 정의한다. 예컨대, 상호 평행한 라인이 복수 배치되는 요철 구조(A)인 경우는, 라인에 수직인 선분에 대하여 2회 대칭이며, 이 때문에 배열축 A는 라인에 평행한 선분으로 된다. 또한, 정사방 배열이나 정육방 배열을 일축 방향으로 연신한 배열이나, 정사방 배열이나 정육방 배열을 일축 방향으로 주기적으로(예컨대, 사인파를 타고) 변조한 배열의 경우, 그 연신 방향 또는 그 변조 방향과는 수직인 방향으로 2회 대칭으로 되고, 이 때문에, 배열축 A는, 상기 연신 방향 또는 상기 변조 방향에 평행한 선분으로 된다. 또한, 복수 라인의 간격이 주기적으로(예컨대, 사인파를 타고) 변조되는 경우도, 2회 대칭으로 되어, 복수 라인에 평행한 방향의 선분이 배열축 A으로 된다. 또한, 정사방 배열이나 정육방 배열을 상호 수직인 이축 방향으로 각각의 축 방향에 다른 연신 배율로 연신한 배열의 경우, 어느 한 연신 방향에 수직인 방향으로 2회 대칭이 되고, 이 때문에 배열축 A는 상기 연신 방향에 평행한 선분으로 된다. 또한, 정사방 배열이나 정육방 배열을 상호 수직인 이축 방향으로 각각의 축 방향에 다른 변조 주기로 변조한 배열의 경우, 어느 한 변조 방향에 수직인 방향으로 2회 대칭이 되고, 이 때문에 배열축 A는 상기 변조 방향으로 평행한 선분으로 된다. First, in the case of two symmetries, it is an arrangement symmetrical with respect to any one axis. At this time, the array axis A is defined as an axis perpendicular to the axis. For example, in the case of the concave-convex structure A in which a plurality of mutually parallel lines are arranged, the line segment perpendicular to the line is symmetrical twice, and therefore, the array axis A is a line segment parallel to the line. Further, in the case of an arrangement in which a regular square array or a square dish array is uniaxially stretched, an orthogonal array or a square dish array is periodically (for example, in a sinusoidal wave) modulation in the uniaxial direction, Direction, and therefore, the array axis A is a line segment parallel to the stretching direction or the modulation direction. Also, in the case where the intervals of a plurality of lines are periodically modulated (for example, on a sine wave), the line segments in the direction parallel to the plurality of lines become the array axis A. Further, in the case of an arrangement in which the orthorhombic array or the square array is elongated in mutually perpendicular biaxial directions at different elongation ratios in the respective axial directions, it is symmetrical twice in the direction perpendicular to any elongation direction, A is a line segment parallel to the stretching direction. In the case of an arrangement in which the regular square array and the square array are modulated in mutually perpendicular biaxial directions with different modulation periods in the respective axial directions, the arrangement is symmetrical twice in the direction perpendicular to any modulation direction, Is a line segment parallel to the modulation direction.
한편, 3회 이상의 대칭성이 있는 배열의 경우, 요철 구조(A)의 볼록부 또는 오목부끼리의 최근접 방향인 축을 배열축 A로 한다. 여기서, 최근접 방향이란, 가장 근접하는 볼록부 정상부의 중앙부끼리를 연결하는 선분의 방향 또는 가장 근접하는 오목부 개구부의 중앙부끼리를 연결하는 선분의 방향이다. 도 2는, 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서의 3회 이상의 대칭성을 갖는 요철 구조(A)의 배열예를 도시하는 모식도이다. 예컨대, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)가 있는 면 측을 주사형 전자 현미경 또는 원자간력 현미경에 의해 관찰함으로써 얻을 수 있다. 도 2는 실질적으로 정사방으로 요철 구조(A)가 배열되어 있는 경우를 도시한다. 정사방 배열은 4회 대칭 배열이다. 즉, 임의로 어느 축을 설정했을 때에, 그 축을 (360/n)°=(360/4)° 회전시킴으로써 다른 대칭축에 겹친다. 여기서, 배열축 A는, 요철 구조(A)의 볼록부 또는 오목부의 최근접 방향이다. 도 2에서, 예컨대, 기호 A로 나타내는 중심을 갖는 볼록부(또는 오목부, 이하 마찬가지임)에 가장 근접하는 볼록부의 중심은, 도 2A에서의 기호 a, b, c 및 d로 나타내는 것과 같다. 즉, 중심 A 및 그 밖의 중심을 연결하는 선분 A-a, 선분 A-b, 선분 A-c 및 선분 A-d 중 어느 것에 평행한 방향이 배열축 AXa이다. On the other hand, in the case of an array having three or more symmetries, the convex portion of the concavoconvex structure A or the axis which is the closest to each other in the concave portions is defined as the array axis A. Herein, the closest direction is the direction of a line segment connecting the central portions of the nearest convex portion, or the direction of a line connecting the centers of the concave portion closest to each other. 2 is a schematic diagram showing an arrangement example of the concavo-convex structure A having three or more symmetries in the
도 3은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서의 3회 이상의 대칭성을 갖는 요철 구조(A)의 배열예를 도시하는 모식도이다. 예컨대, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)가 있는 면 측을 주사형 전자 현미경 또는 원자간력 현미경에 의해 관찰함으로써 얻을 수 있다. 도 3은 실질적으로 정육방으로 요철 구조(A)가 배열되어 있는 경우를 도시한다. 정육방 배열은 6회 대칭 배열이다. 즉, 임의로 어느 축을 설정했을 때에, 그 축을 (360/n)°=(360/6)° 회전시킴으로써 다른 대칭축에 겹친다. 여기서, 배열축 A는 요철 구조(A)의 볼록부 또는 오목부의 최근접 방향이다. 도 3에서, 예컨대, A로 나타내는 중심을 갖는 볼록부(또는 오목부, 이하 마찬가지임)에 가장 근접하는 볼록부의 중심은, 도 3에서의 기호 a, b, c, d, e 및 f로 나타내는 것과 같다. 즉, 중심 A 및 그 밖의 중심을 연결하는 선분 A-a, 선분 A-b, 선분 A-c, 선분 A-d, 선분 A-e 및 선분 A-f 중 어느 것에 평행한 방향이 배열축 AXa이다. Fig. 3 is a schematic diagram showing an arrangement example of the concavo-convex structure A having three or more symmetries in the
또한, 예컨대, 상기 설명한 4회 대칭 배열에 있어서, 상호 수직인 이축 상의 볼록부 또는 오목부의 간격이, 주기적으로(예컨대 사인파를 타고) 변조되는 경우도 4회 대칭의 배열로 된다. 또한, 상기 설명한 4회 대칭 배열에 있어서, 어느 축에 대하여 60° 피치의 축 상에 놓이는 볼록부 또는 오목부의 간격이, 주기적으로(예컨대 사인파를 타고) 변화되는 경우는, 6회 대칭의 배열로 된다. 또한, 예컨대, 상기 설명한 6회 대칭 배열에 있어서, 상호 수직인 이축 상의 볼록부 또는 오목부의 간격이, 주기적으로(예컨대 사인파를 타고) 변조되는 경우는 4회 대칭의 배열로 된다. 또한, 상기 설명한 6회 대칭 배열에 있어서, 어떤 축에 대하여 60° 피치의 축 상에 놓이는 볼록부 또는 오목부의 간격이, 주기적으로(예컨대 사인파를 타고) 변화되는 경우도, 6회 대칭의 배열로 된다. In addition, for example, in the four-fold symmetry arrangement described above, a case where the interval between mutually perpendicular biaxial convex portions or concave portions is modulated periodically (for example, on a sinusoidal wave) is also an arrangement of four times symmetry. Further, in the above-described four-fold symmetry arrangement, when the intervals of the convex portions or concave portions placed on the axis of the pitch of 60 DEG with respect to any axis periodically change (for example, on a sinusoidal wave) do. In addition, for example, in the six-fold symmetry arrangement described above, when the intervals of the mutually perpendicular biaxial convex portions or concave portions are periodically (for example, subjected to a sinusoidal wave), the arrangement is symmetrical four times. In addition, in the six-fold symmetry arrangement described above, even when the intervals of the convex portions or the concave portions placed on the axis of the pitch of 60 DEG with respect to any axis periodically change (for example, on a sinusoidal wave) do.
상기 설명한 것과 같이, 배열축 A는 하나 이상 존재하는데, 이미 설명한 정의를 적용함으로써, 회전 시프트각(Θ)을 구할 수 있다. As described above, there is at least one arrangement axis A, and by applying the definitions already described, the rotation shift angle? Can be obtained.
<결정축>≪ Crystallization axis &
이어서, 결정축에 관해서 설명한다. 결정축은, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 주면에 대하여 평행한 면내에 있어서의 결정 격자의 격자점의 최근접 방향이다. 도 4는 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 주면 내의 결정 격자의 결정축을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4는, LED용 웨이퍼의 주면에 평행한 면내에 있어서의 결정 격자가 정육방 격자인 경우를 나타내고, 격자 교점부에 표시를 하여 강조하고 있다. 결정축은 격자점의 최근접 방향이다. 예컨대, 도 4에서, 기호 A로 나타내는 교점에 가장 근접하는 교점은 기호 a, b, c, d, e 및 f로 나타내는 것과 같다. 즉, 교점 A와 다른 교점을 연결하는 선분 A-a, 선분 A-b, 선분 A-c, 선분 A-d, 선분 A-e 및 선분 A-f 중 어느 것에 평행한 방향이 결정축이다. LED용 패턴 웨이퍼(1)의 주면에 평행한 면내에 관찰되는 결정 격자의 배열은, 예컨대, 육방 배열, 사방 배열, 육방 배열이 어느 일축 방향으로 연신된 배열, 사방 배열이 어느 일축 방향으로 연신된 배열, 육방 배열이 상호 직행하는 이축 각각의 방향으로 연신된 배열, 및 사방 배열이 상호 직행하는 이축 각각의 방향으로 연신된 배열을 들 수 있다. 어느 결정 격자 배열의 경우라도, 상기 정의를 적용함으로써 본 명세서의 결정축은 정의된다. 예컨대, LED용 패턴 웨이퍼(1)가 단결정 사파이어이고, 그 주면이 c면, m면 또는 r면인 경우, 결정축은 각각 a축, c축 또는 n축이 된다. Next, the crystal axes will be described. The crystal axis is the closest direction of the lattice point of the crystal lattice in the plane parallel to the main surface of the patterned
<n회 대칭의 배열> <array of symmetry>
LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에 형성되는 요철 구조(A)는 실질적으로 n회 대칭의 배열을 갖는다. 이 때문에, LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에 성막되는 반도체층의 초기 성장 단계에 주목한 경우, 반도체층의 핵 생성을 균등하게 분산화하는 동시에, 핵 성장의 불균등성에 밸런스를 잡을 수 있다. 여기서, 핵 성장의 불균등성이란, 핵 성장에 의해 반도체층이 부분적으로 융기하는 것이다. 즉, 부분적으로 융기하는 핵 성장 단계의 반도체층을 분산화할 수 있다. The concavo-convex structure A formed on the
도 5는, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면 상에 반도체층을 성막할 때에 핵 성장 단계에서 성막을 정지시킨 경우의 표면 관찰상을 도시하는 모식도이다. 도 5A 및 도 5B에서, 기호 X는 부분적으로 융기하는 핵 성장 단계의 반도체층의 위치를 나타낸다. 도 5A는, 본 발명의 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서, 부분적으로 융기하는 핵 성장 단계의 반도체층(X)이 분산되어 있는 상태를 모식적으로 표현하고 있다. 한편, 도 5B는, 요철 구조(A)의 배열의 회전 대칭성이 낮은 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서, 부분적으로 융기하는 핵 성장 단계의 반도체층(X)에 치우침이 있는 경우를 도시하고 있다. 본 발명의 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서, 요철 구조(A)가 실질적으로 n회 대칭성을 가짐으로써, 부분적으로 융기하는 핵 성장 단계의 반도체층(X)의 분산성이 커진다. 이에 따라, 성장하는 반도체층의 합체(유착)가 생기는 부위도 분산된다. 즉, 반도체층 내부의 응력 집중점이 분산되는 동시에, 전위끼리의 충돌 부위도 분산되게 된다. 따라서, 반도체층의 크랙이 억제되어, 내부 양자 효율(IQE)이 효과적으로 향상된다. 한편, 본 명세서에서 말하는 크랙이란, 나노 오더의 크랙이다. LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)에 대하여, 반도체층을 성막하는 경우는, 반도체층의 성장을 패싯 형성 과정에서 멈춘 경우를 관찰한다. 이때, 패싯이, 예컨대 6각형으로 대표되는 n각형의 형상을 갖는다고 하고, 인접하는 n각형의 2개의 오목부에 주목했을 때에, n각형의 오목부의 변과 변에 직교하는 방향으로 들어가는 균열이, 본 명세서에 정의되는 크랙이다. 5 is a schematic diagram showing a surface observation image when the film formation is stopped in the nucleus growth step when the semiconductor layer is formed on the surface of the patterned
이미 설명한 것과 같이 회전 시프트각(Θ)은, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 결정축과, 요철 구조(A)의 배열축 A의 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 주면에 평행한 면내에 있어서의 회전 방향에 대한 시프트량이다. 이 회전 시프트각(Θ)은 0°<Θ≤(180/n)°을 만족한다. 한편, 「n」은, n회 대칭의 배열을 이루는 요철 구조(A)의 회전 대칭 차수이며, 이미 설명한 것과 같다. 예컨대, 6회 대칭의 요철 구조(A)라면, 회전 시프트각(Θ)은 0°초과 30° 이하가 된다. 회전 시프트각(Θ)이 상기 범위를 만족함으로써, 반도체층의 초기 성장에 크게 공헌하는 요철 구조(A)의 오목부 바닥부의 크기를 크게 할 수 있다. 동시에, 성장 속도가 빠른 반도체층의 통과 요철 구조(A)의 볼록부의 수를 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 반도체층의 초기 성장성이 양호하게 된다. 그리고, 형성되는 패싯의 변과 변이 대향할 때의, 변과 변의 평행도가 양호하게 되고, 크랙이 억제된다. As described above, the rotation shift angle? Is set such that the crystal axis of the patterned
<회전 시프트각(Θ)의 보다 바람직한 범위> <More preferable range of the rotation shift angle?
회전 시프트각(Θ)의 보다 바람직한 범위는 다음과 같이 생각할 수 있다. 우선, 내부 양자 효율(IQE)의 개선 및 크랙의 개선이 효과적이고, 성장하는 반도체층끼리의 합체 빈도를 크게 하는 동시에, 합체 부위를 분산시키는 것이 효과적이다. 또한, 반도체층끼리의 합체 전의 단계를 생각하면, 반도체층의 핵 성장을 양호하게 하면서 또 핵 성장성도 양호하게 유지할 필요가 있다. 이들을 실현하기 위해서는, 반도체층의 핵이 부착되는 요철 구조(A)의 오목부의 크기를 크게, 그리고 반도체층이 성장할 때에 가로지르는 요철 구조(A)의 볼록부의 수를 작게 하는 것이 효과적이라고 생각할 수 있다. 동시에, 형성되는 패싯의 변과 변의 평행도를 높이는 것이 중요하다. A more preferable range of the rotation shift angle? Can be considered as follows. First, improvement of the internal quantum efficiency (IQE) and improvement of cracks are effective, and it is effective to increase the frequency of coalescence of the growing semiconductor layers and to disperse the coalescence sites. Also, considering the step before the semiconductor layers are combined, it is necessary to maintain the nucleation of the semiconductor layer at a satisfactory level while maintaining good nucleation performance. In order to realize these, it is considered effective to increase the size of the concave portion of the concavo-convex structure A to which the nuclei of the semiconductor layer are attached and to reduce the number of convex portions of the concavo-convex structure A that crosses when the semiconductor layer grows . At the same time, it is important to increase the parallelism between sides of the facets to be formed.
도 6은 LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에서 반도체층을 성장시킨 경우의, 회전 시프트각(Θ)과, 반도체층의 성장에 기여하는 오목부 바닥부의 크기 및 성장하는 반도체층이 통과하는 볼록부의 밀도와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 6은, 6회 대칭의 요철 구조(A)에 대하여, 회전 시프트각(Θ)이 부여하는, 반도체층의 성장에 기여하는 오목부 바닥부의 크기(이하, 단순히 오목부 바닥부의 크기(L)라고도 함), 및 성장하는 반도체층이 통과하는 볼록부의 밀도(이하, 단순히 볼록부의 밀도(D)라고도 함)에의 영향을 계산한 결과를 나타내고 있다. 도 6의 횡축은, 회전 시프트각(Θ)을, 좌측의 종축은, 오목부 바닥부의 크기(L)를, 그리고 우측의 종축은, 볼록부의 밀도(D)를 각각 나타내고 있다. 또한, 검은 원(●)의 플롯이 오목부 바닥부의 크기(L)에 미치는 영향을, 검은 사각(■)의 플롯이 볼록부의 밀도(D)에 미치는 영향을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 6에서는, 오목부 바닥부의 크기(L) 및 볼록부의 밀도(D)는, 모두 회전 시프트각(Θ)이 0°인 경우를 1로 하여 규격화하고 있다. 6 is a graph showing the relationship between the rotational shift angle? When the semiconductor layer is grown on the patterned
도 6으로부터, 회전 시프트각(Θ)이 커지면, 핵의 부착과 그 성장에 유효한 요철 구조(A)의 오목부의 크기(L)가 커지는 것을 알 수 있다. 특히 회전 시프트각(Θ)을 크게 한 경우에 극대점이 있는 것과, 회전 시프트각(Θ)이 최대가 되는 경우라도, 회전 시프트각(Θ)이 0°인 경우보다도 오목부의 크기(L)가 크다는 것을 알 수 있다. 한편, 회전 시프트각(Θ)이 커지면, 반도체층의 성장 및 성장하는 반도체층끼리의 합체에 불리하게 기능하는 볼록부의 밀도(D)가 감소하는 것을 알 수 있다. 특히 회전 시프트각(Θ)을 크게 한 경우에 극소점이 있는 것과, 회전 시프트각(Θ)이 최대가 되는 경우라도, 회전 시프트각(Θ)이 0°인 경우보다도 볼록부의 밀도(D)가 작아지는 것을 알 수 있다. It can be seen from Fig. 6 that as the rotational shift angle? Increases, the size L of the concave portion of the concavo-convex structure A effective for attachment of nuclei and growth thereof increases. In particular, even when the maximum shift point angle θ is maximized when the rotation shift angle θ is increased and the maximum shift point angle θ is maximized, the size L of the recessed portion is larger than when the rotation shift angle θ is 0 ° . On the other hand, it can be seen that as the rotational shift angle? Increases, the density D of the convex portion, which adversely affects the growth of the semiconductor layer and the coalescence of the growing semiconductor layers, is reduced. The density D of the convex portion is smaller than that in the case where the rotational shift angle? Is 0 占 even when the rotational shift angle? Is maximum, especially when the rotational shift angle? .
이상으로부터, 크랙을 효과적으로 억제하는 동시에, 내부 양자 효율(IQE)을 크게 하기 위해서, 회전 시프트각(Θ)은 1° 이상인 것이 바람직하고, 3° 이상인 것이 보다 바람직하고, 5° 이상인 것이 가장 바람직하다. 이 경우, 특히, 볼록부의 밀도(D)가 크게 감소하므로, 반도체층의 성장성이 안정화되어, 크랙 억제 효과가 커진다. 또한, 회전 시프트각(Θ)은 7.5° 이상인 것이 바람직하고, 10° 이상인 것이 보다 바람직하고, 14° 이상인 것이 가장 바람직하다. 이 경우, 상술한 크랙 억제 효과를 유지하면서, 반도체층의 핵의 부착 및 그 성장에 효과적인 요철 구조(A)의 오목부의 크기를 크게 할 수 있으므로, 내부 양자 효율(IQE)도 보다 향상시킬 수 있다. 한편, 회전 시프트각(Θ)이 (180/n)°인 경우, 결정축과 배열축 A의 어긋남량에 의해 변화 가능한 응력의 방향 변환량이 극대가 되는 동시에, 완화되는 응력을, n회 대칭의 요철 구조(A)에 의해, 벡터적으로 회전 접속시키는 효과가 가장 높아지므로, 응력 완화 효과가 한층 더 높아지고, 이에 따라, 휘어짐의 저감이 보다 현저하게 된다고 생각된다. From the above, it is preferable that the rotation shift angle? Is not less than 1 degree, more preferably not less than 3 degrees, and most preferably not less than 5 degrees in order to effectively suppress the cracks and increase the internal quantum efficiency IQE . In this case, particularly, the density D of the convex portion is greatly reduced, so that the growth property of the semiconductor layer is stabilized and the crack suppressing effect is increased. Further, the rotation shift angle? Is preferably 7.5 ° or more, more preferably 10 ° or more, and most preferably 14 ° or more. In this case, the inner quantum efficiency (IQE) can be further improved since the size of the concave portion of the concavo-convex structure A that is effective for attachment of nuclei of the semiconductor layer and growth thereof can be increased while maintaining the above- . On the other hand, when the rotation shift angle? Is (180 / n) degrees, the amount of directional change of the stress that can be changed by the shift amount between the crystal axis and the arrangement axis A becomes the maximum, and the relaxed stress is made n times It is considered that the structure (A) has the highest effect of rotationally connecting in a vector manner, so that the stress relaxation effect is further increased, and accordingly, the warpage reduction becomes more remarkable.
회전 시프트각(Θ)은, 또한 요철 구조(A)의 볼록부에 대하여 다음의 관계를 만족하면, 크랙 억제 효과 및 내부 양자 효율(IQE) 향상 효과가 보다 커진다. 요철 구조(A)의 볼록부 바닥부의 평균 폭(φave)과 평균 간격(Pave)과의 비율(φave/Pave)인 듀티를 이용했을 때에, 회전 시프트각(Θ)은 atan(듀티/2)°≤Θ≤(180/n)°의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 한편, 볼록부 바닥부의 평균 폭(φave), 평균 간격(Pave) 및 듀티에 관해서는 추후 설명한다. When the following relationship is satisfied with respect to the convex portion of the concavo-convex structure A, the rotational shift angle? Further enhances the crack suppressing effect and the internal quantum efficiency IQE improving effect. The rotational shift angle? Is set to atan (duty / 2) 占 when using the duty which is the ratio (? Ave / Pave) of the average width? Ave of the convex bottom portion of the concavoconvex structure A to the average spacing Pave (180 / n) deg.. On the other hand, the average width (? Ave), the average spacing (Pave) and the duty of the bottom portion of the convex portion will be described later.
이 경우, 내부 양자 효율(IQE) 개선 효과 및 반도체층에의 크랙 억제 효과가 함께 보다 커진다. 회전 시프트각(Θ)이 상기 범위를 만족함으로써, 반도체층의 초기 성장에 크게 공헌하는 오목부 바닥부의 크기(L)를, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 면내에서, 반도체층의 성장 방향에 대략 수직인 방향으로 크게 잡을 수 있기 때문에, 반도체층의 성장 속도가 빠른 면의 크기가 커진다. 이에 따라, 성장하는 반도체층끼리의 합체에 주목한 경우에, 합체하는 반도체층끼리의 계면적이 커진다. 더욱이, 반도체층의 성장 속도가 빠른 면이 가로지르는 요철 구조의 볼록부의 수를 감소시킬 수 있기 때문에, 성장하는 반도체층끼리의 합체성이 양호하게 된다. 이상으로부터, 내부 양자 효율(IQE)이 보다 향상되어, 반도체층에 생기는 크랙이 효과적으로 억제된다. In this case, the internal quantum efficiency (IQE) improvement effect and the crack suppression effect on the semiconductor layer become larger together. The size L of the bottom portion of the concave portion contributing to the initial growth of the semiconductor layer satisfies the following relationship within the plane of the patterned wafer for
상기 듀티와 회전 시프트각(Θ)의 관계는 다음과 같이 생각하여 구했다. 우선, 내부 양자 효율(IQE)의 개선 및 크랙의 개선에 대해서는, 성장하는 반도체층끼리의 합체 빈도를 크게 하는 동시에, 합체 부위를 분산시키는 것이 효과적이다. 또한, 반도체층끼리의 합체 전의 단계를 생각하면, 반도체층의 핵 성장을 양호하게 하면서 또 핵 성장성도 양호하게 유지할 필요가 있다. 이들을 실현하기 위해서는, 반도체층의 핵이 부착되는 요철 구조(A)의 오목부의 크기를 크게, 그리고 반도체층이 성장할 때에 가로지르는 요철 구조(A)의 볼록부의 수를 작게 하는 것이 효과적이라고 생각할 수 있다. The relation between the duty and the rotation shift angle? Is obtained by thinking as follows. First, as for the improvement of the internal quantum efficiency (IQE) and the improvement of the crack, it is effective to increase the frequency of coalescence of the growing semiconductor layers and to disperse the coalescence sites. Also, considering the step before the semiconductor layers are combined, it is necessary to maintain the nucleation of the semiconductor layer at a satisfactory level while maintaining good nucleation performance. In order to realize these, it is considered effective to increase the size of the concave portion of the concavo-convex structure A to which the nuclei of the semiconductor layer are attached and to reduce the number of convex portions of the concavo-convex structure A that crosses when the semiconductor layer grows .
도 7은 LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에서 반도체층을 성장시킨 경우의, 듀티와, 반도체층의 성장에 기여하는 오목부 바닥부의 크기 및 성장하는 반도체층이 통과하는 볼록부의 밀도와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 7은, 요철 구조(A)가 6회 대칭인 경우를 예로 들어, 듀티가 부여하는, 오목부 바닥부의 크기(L) 및 볼록부의 밀도(D)에 대한 영향을 계산한 결과이다. 도 7의 횡축은 듀티를, 좌측의 종축은 오목부 바닥부의 크기(L)를, 그리고 우측의 종축은 볼록부의 밀도(D)를 각각 나타낸다. 또한, 검은 원(●)의 플롯이 오목부 바닥부의 크기(L)에 미치는 영향을, 검은 사각(■)의 플롯이 볼록부의 밀도(D)에 미치는 영향을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 7에서는, 오목부 바닥부의 크기(L) 및 볼록부의 밀도(D)는, 모두 듀티가 0, 즉 요철 구조(A)가 없는 경우를 1로 하여 규격화하고 있다. 7 shows the relationship between the duty, the size of the concave bottom portion contributing to the growth of the semiconductor layer, and the density of the convex portion through which the growing semiconductor layer passes when the semiconductor layer is grown on the patterned
도 7로부터, 듀티가 커지면, 핵의 부착과 그 성장에 유효한 요철 구조(A)의 오목부의 크기(L)가 커지는 것을 알 수 있다. 한편, 듀티가 커지면, 반도체층의 성장 및 성장하는 반도체층끼리의 합체에 불리하게 기능하는 볼록부의 밀도(D)가 감소하는 것을 알 수 있다.7, it can be seen that as the duty increases, the size L of the concave portion of the concavo-convex structure A effective for attachment of nuclei and growth thereof increases. On the other hand, it can be seen that as the duty increases, the density D of the convex portion, which functions adversely to the growth of the semiconductor layer and the coalescence of the growing semiconductor layers, decreases.
여기서, 도 6과 도 7은, 횡축의 파라미터가 다를 뿐이며, 오목부 바닥부의 크기(L)에의 영향 및 볼록부의 밀도(D)에의 영향에 대한 거동은 유사하다. 이 관계로부터, 도 6 및 도 7의 각 횡축인 회전 시프트각(Θ)과 듀티의 관계를 구하면, 회전 시프트각(Θ)=atan(듀티/2)°으로 구해진다. 여기서, 이미 설명한 것과 같이, 듀티가 클수록, 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 합체가 효과적으로 생기므로, 회전 시프트각(Θ)은 Θ≥atan(듀티/2)°으로서 주어진다. 6 and 7, the parameters on the abscissa are different from each other, and the behavior on the influence on the size L of the concave bottom portion and on the density D of the convex portion are similar. From this relationship, the relationship between the horizontal shift rotation angle (?) And the duty ratio of each horizontal axis in Figs. 6 and 7 is obtained, and the rotation shift angle? = Atan (duty / 2) deg. As described above, as the duty increases, the rotation shift angle? Is given as?? Atan (duty / 2)? Since the nucleation, growth, and coalescence of the semiconductor layer effectively occur.
즉, 요철 구조(A)의 듀티를 결정한 경우, 회전 시프트각(Θ)이 어느 일정 이상의 값 또 (180/n)° 이하의 범위가 됨으로써, 상기 설명한 것과 같이 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 성장하는 반도체층끼리의 합체가 보다 양호하게 되므로, 크랙을 억제한 내부 양자 효율(IQE)이 높은 LED용 에피택셜 웨이퍼를 얻을 수 있다. 도 8은, 도 6 및 도 7에 도시하는 회전 시프트각(Θ)과 듀티의 관계를 도시하는 그래프이다. 예컨대, 요철 구조(A)가 6회 대칭의 경우를 예로 들면, 도 8에 사선으로 나타내는 범위가, 회전 시프트각(Θ)의 가장 바람직한 범위이다. 도 8에서, 횡축이 듀티, 종축이 회전 시프트각(Θ)이다. 도 8에서의 플롯은 atan(듀티/2)° 이고, 이 곡선보다도 종축 방향으로 위쪽 부분이 회전 시프트각(Θ)의 가장 바람직한 범위이다. That is, when the duty of the concavoconvex structure A is determined, the rotation shift angle? Is in a range of not less than a predetermined value and not more than (180 / n) degrees, Further, since the semiconductor layers to be grown are better combined, an epitaxial wafer for LED having a high internal quantum efficiency (IQE) with suppressed cracks can be obtained. Fig. 8 is a graph showing the relationship between the rotation shift angle? And the duty shown in Figs. 6 and 7. Fig. For example, taking the case in which the concavoconvex structure A is symmetrical six times, the shaded area in FIG. 8 is the most preferable range of the rotational shift angle?. In Fig. 8, the abscissa is the duty and the ordinate is the rotation shift angle?. The plot in FIG. 8 is atan (duty / 2) degrees, and the upper portion in the vertical axis direction than this curve is the most preferable range of the rotation shift angle?.
한편, 요철 구조(A)의 오목부의 바닥부의 크기(L)가 지나치게 작아지는 경우, 반도체층의 핵 생성이 저해되기 때문에, 반도체층의 성장이 저해된다. 요철 구조(A)의 오목부의 바닥부의 크기는, 평균 간격(Pave) 및 듀티를 사용하여 표현할 수 있다. 또한, 요철 구조(A)의 오목부의 바닥부의 크기의 하한치는, 반도체층의 핵의 크기로부터 개산(槪算)할 수 있다. 보다 구체적으로는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대한 후술하는 저온 버퍼층 성막 후의 RAMP 과정에 관해서, 그 RAMP 과정 내에서 재확산하는 핵의 이동 거리는 대략 80 nm이다. 이로부터, 오목부 바닥부의 크기(L)를 80 nm 이상으로 설정함으로써, 볼록부의 측면에 부착되는 핵을 억제할 수 있어, 결정 품위가 향상된다. 이상으로부터, 듀티의 상한치가 결정되어, 듀티≤1-(Y/Pave)으로 산출된다. 여기서, Y=50 nm인 것이 바람직하고, Y=80 nm인 것이 가장 바람직하다. 즉, 도 9에 도시하는 곡선보다 아래쪽에 위치하는 듀티의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 도 9는, 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)과 듀티의 관계를 도시하는 그래프도이다. 도 9에서, 횡축이 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)이고, 종축이 듀티이다. 도 9에서, 검은 삼각(▲)의 플롯은, 식 듀티≤1-(Y/Pave)의 Y가 50 nm인 바람직한 경우이고, 검은 다이아몬드(◆)의 플롯은, Y가 80 nm이며, 보다 바람직한 경우이다. 한편, 상기 설명한 듀티의 식에 관해서, Pave의 치수는 나노 미터이다. On the other hand, if the size L of the bottom portion of the concave portion of the concavoconvex structure A is too small, nucleation of the semiconductor layer is inhibited, and growth of the semiconductor layer is hindered. The size of the bottom of the concave portion of the concavoconvex structure A can be expressed by using an average interval (Pave) and a duty. The lower limit of the size of the bottom of the concave portion of the concavo-convex structure (A) can be estimated from the size of the nucleus of the semiconductor layer. More specifically, regarding the RAMP process after forming the low-temperature buffer layer to be described later on the patterned
도 9에 도시한 곡선 이하의 범위를 요철 구조(A)가 만족함으로써 이미 설명한 것과 같이 반도체층의 핵 생성이 양호하게 된다. 여기서, 회전 시프트각(Θ)을 만족하므로, 핵 성장이 양호하게 되어, 성장하는 반도체층끼리의 합체 빈도가 높으면서 또 합체하는 부위를 분산화할 수 있기 때문에, 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 얻을 수 있다.The nucleation of the semiconductor layer becomes good as described above by satisfying the concavoconvex structure A in the range below the curve shown in Fig. Here, since the rotational shift angle? Is satisfied, the nucleation is good, the coalescence frequency of the grown semiconductor layers is high, and the coalesced portions can be dispersed, so that the internal quantum efficiency IQE, The high semiconductor layer can be obtained.
이상 설명한 회전 시프트각(Θ)의 효과의 하나인 크랙에 관해서, 실제의 검토 결과를 포함하여, 보다 상세하게 설명한다. 우선, LED용 웨이퍼로서 6 인치φ의 C면 사파이어 웨이퍼를 사용했다. 이 LED용 웨이퍼의 주면을, 후술하는 나노 가공 시트법을 이용하여 가공하여, LED용 패턴 웨이퍼(1)를 얻었다. 여기서 회전 시프트각(Θ)은, LED용 웨이퍼의 오리엔테이션 플랫(Orientation Flat)에 대한 법선을 기준으로 하여, 나노 가공 시트를 상기 법선으로부터 α° 기울여 접합시킴으로써 제어했다. 바꿔 말하면, α=Θ이다. 또한, 접합의 정밀도 분해능은 1~2°이므로, 회전 시프트각(Θ)에 관해서는 Θ±1°의 오차를 포함한다. LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 배열은 정육방 배열로 했다. 즉, 요철 구조(A)는 6회 대칭 배열이다. 또한, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 형상을, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 단면에 대한 주사형 전자 현미경 관찰로 확인했다. 결과를 도 10에 도시했다. 도 10A는 본 실시형태에 따른 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 단면 형상의 일례를 도시하는 주사형 전자 현미경 사진이다. 도 10B는 도 10A의 일부를 나타내는 모식도이다. 도 10으로부터, 볼록부 정상부에 평탄한 테이블 톱은 없고, 약간 위로 볼록한 곡선이 상호 교차하도록 하여, 볼록부 정상부의 단면 형상을 만들고 있는 것을 알 수 있다. The crack, which is one of the effects of the rotation shift angle? Described above, will be described in more detail including the results of actual examination. First, a C-face sapphire wafer of 6 inches in diameter was used as a wafer for an LED. The main surface of the LED wafer was processed using a nano-processed sheet method described later to obtain a
제작한 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대하여, 저온 버퍼층을 10 nm 성막했다. 이어서, 후술하는 비도핑 제1 반도체층으로서 질화갈륨을 성막하여, 패싯을 형성시켰다. 이 패싯 형성 도중 상태에서 챔버에서 빼내어, 질화갈륨 성막면을 주사형 전자 현미경으로 관찰했다. 결과를 도 11에 도시했다. 도 11은 본 실시형태에 따른 비도핑 제1 반도체층의 일례를 도시하는 주사형 전자 현미경 사진이다. 도 11은 2500배의 관찰상이다. 도 11로부터, 복수의 패싯이 형성되어 있는 것과, 질화갈륨층의 관계는 랜덤하다는 것을 알 수 있다. 여기서, 도 11의 관찰상 내에 관찰되는 크랙을 확대하여 발췌한 상을 도 12에 도시했다. 도 12A는 크랙을 보여주는 주사형 전자 현미경 사진이다. 도 12B는 도 12A의 일부를 도시하는 모식도이다. 도 12로부터, 성장하는 질화갈륨의 6각형의 개구부에 주목한 경우에, 그 6각형의 변과 변이 대향하는 위치의 질화갈륨층에, 그 변에 수직인 방향으로 균열이 생기고 있는 것을 알 수 있다. 본 명세서에서의 크랙은, 이러한 나노 스케일의 균열을 가리키고 있다. A 10 nm low-temperature buffer layer was formed on the patterned wafer (1) for LED fabricated. Subsequently, gallium nitride was deposited as a non-doped first semiconductor layer to be described later to form a facet. This facet was taken out of the chamber during the formation of the facets, and the surface of the gallium nitride film was observed with a scanning electron microscope. The results are shown in Fig. 11 is a scanning electron micrograph showing an example of the undoped first semiconductor layer according to the present embodiment. Figure 11 is a view of 2500 times magnification. It can be seen from Fig. 11 that the relationship between the plurality of facets formed and the gallium nitride layer is random. Here, FIG. 12 shows an image obtained by enlarging the cracks observed in the observation image of FIG. 11. 12A is a scanning electron micrograph showing a crack. 12B is a schematic diagram showing a part of FIG. 12A. It can be seen from Fig. 12 that cracks are generated in the direction perpendicular to the sides of the hexagonal gallium nitride layer at the positions opposite to the side of the hexagonal shape when attention is paid to the hexagonal opening portions of the growing gallium nitride . Cracks in this specification refer to such nanoscale cracks.
주사형 전자 현미경상으로부터 크랙의 수를 측정하여 정량화한 결과, 회전 시프트각(Θ)이, 0°, 2°, 7.5°, 15°, 22.5° 및 30°로 변화됨에 따라서, 크랙 밀도는, 72×109 개/㎠, 70×109 개/㎠, 57×109 개/㎠, 51×109 개/㎠, 43×109 개/㎠ 및 41×109 개/㎠로 변화되었다. 즉, 회전 시프트각(Θ)이 커질수록 크랙 밀도가 저하하고 있는 것을 알 수 있었다. 더욱이, 이 감소 정도를 비교하면, 회전 시프트각(Θ)이 2°초과 영역에서, 크랙 밀도의 저하가 현저하다는 것을 알 수 있었다. 이것은, 회전 시프트각(Θ)의 제어가 ±1° 정도 있다는 것과, 1~2°라는 근소한 요철 구조(A)의 회전은, 질화갈륨 성막으로부터 보면, 그 성막 제어의 오차에 파묻히기 때문이라고 생각된다. As the number of cracks was measured and quantified from the scanning electron microscopic image, as the rotation shift angle? Was changed to 0 占 2 占 7.5 占 15 占 22.5 占 and 30 占, 72 × 10 was changed to 9 / ㎠, 70 × 10 9 / ㎠, 57 × 10 9 / ㎠, 51 × 10 9 / ㎠, 43 × 10 9 / ㎠ and 41 × 10 9 / ㎠ . That is, it was found that as the rotational shift angle? Increases, the crack density decreases. Further, when this reduction degree is compared, it is found that the decrease in the crack density is remarkable in the region where the rotation shift angle? Is more than 2 degrees. This is because the control of the rotation shift angle? Is about 占 1 占 and the rotation of the concavo-convex structure (A) of a slight degree of 1 to 2 占 is caused by the error of the film formation control from the viewpoint of the gallium nitride film do.
이어서, 크랙이 저감함에 따른 반도체층에의 영향을 확인했다. 상기 크랙 측정을 한 샘플에 대하여, 또한 비도핑 제1 반도체층을 성막하고, 질화갈륨층의 표면을 평탄화했다. 이 상태에서, 인플레인의 X선 로킹 커브법을 적용하여, 로킹 커브를 얻고, 그 반치폭(FWHM)을 평가했다. 결과를 도 13에 도시했다. 도 13은 크랙 밀도와 로킹 커브의 반치폭(FWHM)의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 13에서, 횡축은 크랙 밀도를, 종축은 로킹 커브의 반치폭(FWHM)이다. 도 13으로부터, 크랙 밀도가 102×109 개/㎠, 71×109 개/㎠, 56×109 개/㎠, 52×109 개/㎠, 44×109 개/㎠ 및 40×109 개/㎠로 저하함에 따라서, FWHM은 673, 671, 644, 630, 600 및 590으로 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, 크랙 밀도가, 70×109 개/㎠ 이하인 영역에서, FWHM의 수치가 효과적으로 감소하는 것을 알 수 있었다. 즉, 크랙 밀도가 감소할수록, 특히 크랙 밀도가 70×109 개/㎠ 이하로 됨으로써, 반도체층의 결정 균등성이 향상되고 있는 것을 알 수 있었다. Then, the influence on the semiconductor layer due to the reduction of the crack was confirmed. A non-doped first semiconductor layer was formed on the sample subjected to the crack measurement, and the surface of the gallium nitride layer was planarized. In this state, the X-ray rocking curve method of inflation was applied to obtain a rocking curve, and the full width at half maximum (FWHM) was evaluated. The results are shown in Fig. 13 is a graph showing the relationship between the crack density and the half width (FWHM) of the rocking curve. 13, the axis of abscissas is the crack density, and the axis of ordinates is the half width (FWHM) of the rocking curve. From Fig. 13, it can be seen from Fig. 13 that the crack density is 102 x 10 9 /
더욱이, 상기 로킹 커브의 측정에 이용한 샘플에 대하여, 도핑 제1 반도체층으로서 n형 질화갈륨층을 성막했다. 이 샘플에 대하여 캐소드 루미네센스(CL) 평가를 했다. 여기서 CL이란, 전자선을 조사함으로써 생기는 빛을 평가하는 수법이며, 전도대의 바닥 부근에서 가전자대의 정상부 부근으로의 천이에 상당하는 평가가 되기 때문에, 결정 결함, 캐리어 농도, 응력 또는 불순물 등의 결정 정보를 평가하는 수법이다. 결과를 도 14에 도시했다. 도 14는 크랙 밀도와 캐소드 루미네센스(CL) 평가에 의해 얻어진 화상으로부터 구한 암전 밀도와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 14에서, 횡축은 크랙 밀도를, 종축은 CL에 의해 얻어진 화상으로부터 구한 암전 밀도이다. 도 14로부터, 크랙 밀도가 102×109 개/㎠, 71×109 개/㎠, 52×109 개/㎠, 44×109 개/㎠ 및 40×109 개/㎠로 저하함에 따라서, CL 암전 밀도는 5.51×108/㎠, 5.52×108/㎠, 4.89×108/㎠, 4.44×108/㎠ 및 4.34×108/㎠로 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, 크랙 밀도가, 71×109 개/㎠ 이하인 영역에서, CL 암전 밀도의 수치가 효과적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 바꿔 말하면 크랙 밀도가 71×109 개/㎠ 이하가 됨으로써 결정 품위가 크게 향상되는 것을 알 수 있다. Further, an n-type gallium nitride layer was formed as a first doped semiconductor layer on the sample used for the measurement of the rocking curve. A cathode luminescence (CL) evaluation was performed on this sample. Here, CL is a method of evaluating light generated by irradiating an electron beam, and is an evaluation equivalent to a transition from the bottom of the conduction band to the vicinity of the top of the valence band. Therefore, the determination information such as crystal defects, carrier concentration, stress, . The results are shown in Fig. 14 is a graph showing the relationship between the crack density and the dark density obtained from the image obtained by the evaluation of the cathode luminescence (CL). In Fig. 14, the abscissa indicates the density of cracks, and the ordinate indicates the density of darkness obtained from the image obtained by CL. As can be seen from Fig. 14, as the crack density decreases to 102 x 10 9 /
이상으로부터, 회전 시프트각(Θ)을 0°초과, 바람직하게는 2°초과함으로써, 크랙 밀도를 효과적으로 저감할 수 있다. 이에 따라, 효과적으로, 비도핑 제1 반도체층의 결정 균등성이 향상된다. 나아가서는, 도핑 제1 반도체층의 결정 품위를 향상시킬 수 있게 된다. 이들 결정 균등성 및 결정 품위의 향상은, 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키는 인자인 동시에, 반도체 발광 소자의 장기간 신뢰성을 향상시키는 인자라고도 생각되므로, 회전 시프트각(Θ)에 의해 크랙 밀도를 제어함으로써, 반도체 발광 소자의 발광 성능과 장기간 신뢰성을 동시에 개선할 수 있는 것으로 추정된다. From the above, it is possible to effectively reduce the crack density by exceeding the rotation shift angle [theta] by more than 0 DEG, preferably by 2 DEG. Thus, the crystal uniformity of the undoped first semiconductor layer is effectively improved. Further, the crystal quality of the doped first semiconductor layer can be improved. These improvements in crystal uniformity and crystal quality are factors that improve the internal quantum efficiency (IQE) and improve the long-term reliability of the semiconductor light emitting device. Therefore, by controlling the crack density by the rotation shift angle? , It is estimated that the light emitting performance and long-term reliability of the semiconductor light emitting device can be improved at the same time.
한편, 상기 결과는, 도 15에 도시하는 볼록부 정상부의 형상에 대해서도, 수치의 절대치의 대소의 변화는 있지만 같은 경향을 얻을 수 있었다. 도 15는 본 실시형태에 따른 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 단면 형상의 예를 도시하는 주사형 전자 현미경 사진이다. 도 15에 도시한 주사형 전자 현미경상은, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 단면에 대한 관찰상이다. 도 15로부터, 검토에 사용한 볼록부 정상부의 형상은, 렌즈형인 것부터, 약간 위로 볼록부의 곡선이 서로 교차하여 정상부의 단면 형상을 만드는 듯한 형상까지 포함되는 것을 알 수 있다. 이로부터, 곡율 반경이 0 초과인 각부인 볼록부 정상부를 채용함으로써, 상기 설명한 회전 시프트각(Θ)의 효과를 발현할 수 있다고 생각된다. On the other hand, the above result shows that the same tendency can be obtained with respect to the shape of the convex portion shown in Fig. 15 although the magnitude of the absolute value of the numerical value is changed. 15 is a scanning electron micrograph showing an example of the cross-sectional shape of the convex portion of the concavo-convex structure A according to the present embodiment. The scanning electron microscope image shown in Fig. 15 is an observation image of the cross section of the patterned
요철 구조(A)의 볼록부 정상부는, 곡율 반경이 0 초과인 각부인 것이 중요하다는 것을 이미 설명했다. 여기서, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부에 평탄부가 있는 경우, 바꿔 말하면, 테이블 톱 구조인 경우라도, 회전 시프트각(Θ)과의 조합에 의해, 테이블 톱 구조의 단점을 억제할 수 있다는 것이 시사되었다. 우선, 테이블 톱 구조의 단점이란, 테이블 톱 상에서 성장한 반도체층에 의한 전위를 저감하기 곤란하다는 것이다. 즉, 반도체층의 전위 밀도를 저감하기 어렵고, 내부 양자 효율(IQE)이 저감하는 경향이 있는 것이다. 여기서, 메카니즘은 분명하지 않지만, 회전 시프트각(Θ)이 10°초과 (180/n)° 이하인 범위에서는, 테이블 톱에 의한 내부 양자 효율(IQE)의 저감량을 작게 할 수 있는 경향이 있다는 것을 알 수 있었다. 즉, 내부 양자 효율(IQE)의 저감 정도는 작아진다. 한편, 테이블 톱 구조의 경우, 발광광에 대한 광산란성이, 볼록부의 큰 체적에 의해 향상되므로, 광 추출 효율(LEE)을 보다 향상시킬 수 있다. 이 결과, 볼록부 정상부의 형상이 테이블 톱 형상이면서 또 회전 시프트각(Θ)이 10°초과 (180/n)° 이하인 요철 구조(A)를 포함하는 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용함으로써, 고효율의 LED를 제조할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이 효과는, 회전 시프트각이 15° 이상 (180/n)° 이하인 영역에서 보다 현저했다. 또한, 테이블 톱의 크기로서는, 20 nm, 50 nm, 100 nm, 300 nm 및 500 nm인 것을 시험했는데, 300 nm과 500 nm의 경우는, 대략 동일한 효율이며, 100 nm 이하의 범위에서, 보다 성능이 향상되는 것을 알 수 있었다. 이것은, 저온 버퍼층을 성막한 후의 RAMP 과정에 있어서의 핵의 재확산 거리가 80 nm 정도에 있는 데에 기인하는 것으로 추정된다. 이상으로부터, 본 명세서가 말하는 곡율 반경이 0 초과인 각부에 관해서는, 테이블 톱의 크기가 100 nm 이하인 경우를 포함한다고 해도 모순되지 않는다는 것이 시사되었다. 이상으로부터, 테이블 톱의 크기가 100 nm 이하인 경우를 포함하는 곡율 반경이 0 초과인 각부에 의해 요철 구조(A)의 볼록부가 구성되는 동시에, 회전 시프트각(Θ)이 10°초과 (180/n)°이하, 바람직하게는 15° 이상 (180/n)° 이하를 만족하는 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용함으로써, 고효율의 LED를 용이하게 제조할 수 있다. It has already been described that it is important that the convex portion of the concavoconvex structure A is a corner having a radius of curvature of more than 0. Here, when there is a flat portion at the convex portion of the concavoconvex structure A, in other words, even in the case of the table top structure, the disadvantage of the table top structure can be suppressed by combining with the rotational shift angle? It was suggested. First, the disadvantage of the table top structure is that it is difficult to reduce the potential by the semiconductor layer grown on the table top. That is, it is difficult to reduce the dislocation density of the semiconductor layer, and the internal quantum efficiency IQE tends to decrease. Here, although the mechanism is not clear, it is known that the reduction amount of the internal quantum efficiency (IQE) by the table top tends to be small in the range where the rotation shift angle? Is more than 10 ° (180 / n) I could. That is, the degree of reduction of the internal quantum efficiency IQE is reduced. On the other hand, in the case of the table top structure, the light scattering property with respect to the emitted light is improved by the large volume of the convex portion, so that the light extraction efficiency (LEE) can be further improved. As a result, by using the
이상으로부터, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 형상과 회전 시프트각(Θ)을 제어함으로써, 반도체층에 대한 크랙을 저감할 수 있다. 그리고, 내부 양자 효율(IQE)을 높이고, 반도체 발광 소자의 발광 특성을 개선할 수 있다. 나아가서는, 반도체 발광 소자의 장기간 신뢰성을 개선할 수 있다. 여기서, 요철 구조(A)에 의해, LED의 다른 큰 문제인 광 추출 효율(LEE)도 향상시킬 수 있으면, LED의 외부 양자 효율(EQE)를 보다 향상시킬 수 있다. LED의 광 추출 효율(LEE)이 낮게 머물고 있는 이유는, 굴절율이 높은 반도체층이 굴절율이 상대적으로 낮은 매질에 의해 끼워져 있기 때문이다. 이러한 경우, 굴절율이 높은 매질 속을 빛은 도파한다. 이 도파에 의해, 발광광은 LED의 외부로 추출되기 전에, 흡수되어 열로 되어 소실된다. 즉, 광 추출 효율(LEE)을 향상시키기 위해서는, 도파하는 발광광의 모드를 어지럽힐 필요가 있다. 여기서, 발광광의 진행 방향을 효과적으로 어지럽혀, 도파 모드를 무너뜨려, 광 추출 효율(LEE)을 향상시킨다는 것을 생각하면, 듀티는 소정의 값보다 클 필요가 있다는 것을 알 수 있었다. 이것은 3차원 RCWA법과 2차원 FDTD법으로 계산되었다. 즉, 듀티≥(3.47×10-8)Pave2+Z를 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, Z가 0.5, 0.6 및 0.65의 순으로 요철 구조(A)에 의한 광 회절의 모드수와 회절 강도가 증가하기 때문에, 도파 모드를 어지럽히는 효과가 커지고, 광 추출 효율(LEE)도 향상된다. 즉, 도 16에 도시하는 곡선보다 상측에 위치하는 듀티의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 한편, 광 추출 효율(LEE)을 보다 향상시키기 위한 듀티를 결정하는 상기 식에서, Pave의 치수는 나노 미터이다. From the above, it is possible to reduce the cracks to the semiconductor layer by controlling the shape of the convex portion of the concave-convex structure A and the rotation shift angle?. In addition, the internal quantum efficiency (IQE) can be increased, and the emission characteristic of the semiconductor light emitting element can be improved. Further, the long-term reliability of the semiconductor light emitting device can be improved. Here, the external quantum efficiency (EQE) of the LED can be further improved by improving the light extraction efficiency (LEE) which is another major problem of the LED by the concavo-convex structure (A). The reason why the light extraction efficiency (LEE) of the LED is kept low is because the semiconductor layer having a high refractive index is sandwiched by a medium having a relatively low refractive index. In this case, the light is guided through the medium having a high refractive index. By this waveguide, the emitted light is absorbed and lost as heat before being extracted to the outside of the LED. That is, in order to improve the light extraction efficiency (LEE), it is necessary to disturb the mode of emitted light to be guided. Here, it is understood that the duty needs to be larger than a predetermined value in consideration of the fact that the propagation direction of the emitted light is effectively disturbed and the waveguide mode is broken to improve the light extraction efficiency (LEE). This was calculated by the three-dimensional RCWA method and the two-dimensional FDTD method. That is, it is preferable that the duty ≥ (3.47 × 10 -8 ) Pave 2 + Z is satisfied. Here, since the mode number and the diffraction intensity of the optical diffraction by the concavo-convex structure (A) increase in the order of Z, 0.5, 0.6 and 0.65, the effect of disturbing the waveguide mode is increased and the light extraction efficiency (LEE) is also improved . That is, it is preferable that the range of the duty that is located above the curve shown in Fig. 16 is satisfied. On the other hand, in the above equation for determining the duty to further improve the light extraction efficiency (LEE), the dimension of Pave is nanometer.
도 16은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)과 듀티의 관계를 도시하는 그래프도이다. 도 16은, 횡축이 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)이고, 종축이 듀티이다. 도 16에서, 검은 삼각(▲)의 플롯은, 식 듀티≥(3.47×10-8)Pave2+Z의 Z가 0.5인 바람직한 경우이고, 검은 다이아몬드(◆)의 플롯은, Z가 0.6으로 보다 바람직한 경우이고, 검은 원(●)의 플롯은, Z가 0.65로 가장 바람직한 경우이다. 16 is a graph showing the relationship between the average spacing (Pave) of the concavo-convex structure A of the patterned
도 16에 도시한 곡선 이상의 범위를 요철 구조(A)가 만족함으로써, 이미 설명한 것과 같이 광 회절의 강도와 모드수가 증가하여, 광 추출 효율(LEE)이 향상된다. When the concavoconvex structure A is satisfied in the range of the curve or more shown in Fig. 16, the intensity and mode number of the optical diffraction increase as described above, and the light extraction efficiency LEE is improved.
상술한 것과 같이 회전 시프트각(Θ)의 범위를 만족하는 동시에, 도 17에 도시하는 평균 간격(Pave)과 듀티의 관계를 만족하는 요철 구조(A)임으로써, 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 제조할 수 있기 때문에, 발광하는 효율 그 자체가 향상된다. 또한, 동시에, 효율적으로 발광한 빛은, 개선된 광 추출 효율(LEE)에 의해 LED의 외부로 추출되기 때문에, 외부 양자 효율(EQE)이 커진다. 즉, 외부 양자 효율(EQE)이 높은 LED 칩을 결함 효율 낮게 제조할 수 있다. 또한, LED 칩 내의 반도체층의 크랙 밀도도 저감함으로써, 수명이 길어진다. (A) satisfying the range of the rotational shift angle (?) And satisfying the relation of the average interval (Pave) and the duty shown in FIG. 17 as described above and the internal quantum efficiency IQE) can be manufactured, the efficiency of light emission itself is improved. At the same time, since the light emitted efficiently is extracted to the outside of the LED by the improved light extraction efficiency (LEE), the external quantum efficiency (EQE) becomes large. That is, an LED chip having a high external quantum efficiency (EQE) can be manufactured with a low defect efficiency. In addition, the crack density of the semiconductor layer in the LED chip is also reduced, so that the service life is prolonged.
도 17은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)과 듀티의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 17에서, 횡축이 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)이고, 종축이 듀티이다. 도 17에서, 검은 삼각(▲), 검은 다이아몬드(◆) 및 검은 원(●)의 플롯은 광 추출 효율(LEE)의 향상의 관점에서 결정한 곡선이며, 이미 설명한 듀티≥(3.47×10-8)Pave2+Z로 표현되는 식의 Z가, 각각 0.5, 0.6 및 0.65인 경우이다. 한편, 별표(asterisk) 및 검은 사각(■)의 플롯은 내부 양자 효율(IQE) 및 크랙의 관점에서 결정한 곡선이며, 이미 설명한 듀티≤1-(Y/Pave)로 표현되는 식의 Y가, 각각 50 nm 및 80 nm이다. 즉, 1-(Y/Pave)≥듀티≥(3.47×10-8)Pave2+Z의 범위를 만족하는 요철 구조(A)이면, 상기 설명한 고효율이며 고수명인 반도체 발광 소자를 결함 효율 낮게 제조할 수 있는 효과를 발현시킬 수 있다. 17 is a graph showing the relationship between the average spacing (Pave) of the concavo-convex structure (A) of the patterned wafer for
<요철 구조(A)>≪ Condensation structure (A) >
이어서, 요철 구조(A)에 관해서 설명한다. 요철 구조(A)의 볼록부는, 볼록부 정상부의 곡율 반경이 0 초과인 각부에 의해 구성된다. 여기서, 곡율 반경이 0 초과인 각부란, 요철 구조(A)의 볼록부의 정상부 상면이 곡면으로 구성되는 것을 의미한다. 예컨대, 선단이 둥글게 된 원추형체, 렌즈형체, 돔 형상체, 콘 형상체 및 포탄체를 들 수 있으며, 도 15에 도시한 형상을 포함한다. Next, the concavo-convex structure A will be described. The convex portion of the concavo-convex structure (A) is constituted by a corner portion whose convex portion has a radius of curvature of more than 0. Here, each part having a radius of curvature of more than 0 means that the upper surface of the convex portion of the concave-convex structure A is formed of a curved surface. For example, a conical body, a lens-shaped body, a dome-shaped body, a cone-shaped body, and a shell body having rounded ends may be cited and include the shape shown in Fig.
이와 같이, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 볼록부 정상부가 곡율 반경 0 초과인 각부에 의해 구성됨으로써, 내부 양자 효율(IQE)의 개선과 크랙의 억제를 동시에 실현할 수 있다. 또한, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A) 상에 반도체층을 성막할 때에, 요철 구조(A)의 오목부 바닥부로부터 우선적으로 반도체층을 성장시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부 위로부터의 반도체층의 성장을 억제할 수 있다. 즉, 이미 설명해 온, 요철 구조(A)의 오목부에 대한 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 성장하는 반도체층의 합체에 대한 초기 조건을 갖출 수 있다. As described above, since the convex portion of the concavo-convex structure A of the
여기서, 요철 구조(A)가, 이미 설명한 회전 시프트각(Θ)을 만족함으로써, 요철 구조(A)의 오목부로부터 우선적으로 반도체층을 성장시키는 동시에, 성장하는 반도체층끼리의 합체를 효과적으로 분산적으로 행할 수 있기 때문에, 전위는 감소하고 또 크랙을 억제할 수 있다. 본 효과는, 도 8을 이용하여 설명한 회전 시프트각(Θ)과 듀티의 관계를 만족함으로써 현저하게 된다. 또한, 도 9를 이용하여 설명한 듀티와 평균 간격(Pave)과의 관계를 만족함으로써 보다 현저하게 된다. 더욱이, 도 16을 이용하여 설명한 평균 간격(Pave)과 듀티의 관계를 만족함으로써 광 추출 효율(LEE)도 동시에 향상시킬 수 있다. Here, when the concavoconvex structure A satisfies the previously described rotational shift angle?, The semiconductor layer is preferentially grown from the concave portion of the concave-convex structure A and the coalescence of the growing semiconductor layers is effectively dispersed It is possible to reduce the dislocation and also to suppress the cracks. This effect becomes conspicuous by satisfying the relationship between the rotation shift angle? And duty as described with reference to Fig. It becomes more significant by satisfying the relationship between the duty and the average interval (Pave) described with reference to FIG. Moreover, the light extraction efficiency LEE can be improved at the same time by satisfying the relationship of the average interval Pave and the duty described with reference to FIG.
이상 설명한 것과 같이, 회전 시프트각(Θ)의 범위를 만족하는 동시에, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부가 곡율 반경 0 초과인 각부로 구성됨으로써, 효과적으로 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키는 동시에, 크랙을 억제할 수 있다. As described above, since the convex portion of the concavo-convex structure A is constituted by the corner portion having the radius of curvature of more than 0, the range of the rotational shift angle? Is satisfied and the internal quantum efficiency IQE is effectively improved, Cracks can be suppressed.
상술한 원리에 기초한 효과를 양호하게 발현시켜, 내부 양자 효율(IQE)의 개선과 크랙의 저감을 함께 보다 양호하게 한다는 관점에서, 요철 구조(A)의 볼록부는, 볼록부 바닥부에서 볼록부 정상부로 향함에 따라서 직경이 작아지면 바람직하다. 이에 따라, 특히 요철 구조(A)의 볼록부의 정상부 근방에서 반도체층을 향해 생기는 응력을 저감할 수 있다. 즉, 성장하는 반도체층에 대한 요철 구조(A)로부터 가해지는 응력을 저감할 수 있기 때문에, 반도체층 내부에 생기는 잔류 응력을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 반도체층에 대한 크랙 억제 효과가 커진다. From the viewpoint that the effect based on the above-mentioned principle is well expressed and the improvement of the internal quantum efficiency (IQE) and the reduction of the crack are both made better, the convex portion of the concave- convex structure (A) It is preferable that the diameter becomes smaller along the direction toward the center. This makes it possible to reduce the stress generated in the vicinity of the top of the convex portion of the concavo-convex structure A toward the semiconductor layer. That is, since the stress applied from the concavo-convex structure A to the semiconductor layer to be grown can be reduced, the residual stress generated in the semiconductor layer can be reduced. As a result, the crack suppressing effect on the semiconductor layer becomes large.
또한, 볼록부 정상부와 오목부 바닥부를 잇는 볼록부 측면부는, 2 단계 이상의 경사 각도를 갖는 것이 바람직하고, 경사가 변하는 점의 곡율 반경은 0 초과이며, 곡면을 형성하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 반도체층의 안정 성장면이 볼록부 정상부에 당도하기 전에, 반도체층에 가해지는 응력에 구배를 갖게 하여 완화할 수 있으므로, 크랙 억제 효과가 보다 커진다. It is preferable that the convex portion side surface portion connecting the convex portion top portion and the concave portion bottom portion has an inclination angle of two or more steps and a radius of curvature of the point where the inclination changes is more than 0 and forms a curved surface. In this case, before the stable growth surface of the semiconductor layer reaches the top of the convex portion, the strain applied to the semiconductor layer can be made to have a gradient, so that the crack suppressing effect becomes greater.
더욱이, 요철 구조(A)는, 복수의 독립된 볼록부와 연속된 오목부에 의해 구성되면, 상기 효과를 더한층 발휘할 수 있기 때문에 바람직하다. 이 경우, 복수의 독립된 오목부와 연속된 볼록부로 요철 구조(A)가 구성되는 경우에 비해서, 상대적으로 오목부 바닥부의 크기를 크게 할 수 있다. 즉, 이미 설명한 오목부 바닥부로부터의 반도체층의 성장성을 보다 양호하게 할 수 있으므로, 내부 양자 효율(IQE)을 개선하고, 크랙을 억제할 수 있다. Furthermore, it is preferable that the concavoconvex structure A is constituted by a plurality of independent convex portions and a continuous concave portion, because the above effects can be further exerted. In this case, the size of the bottom portion of the concave portion can be relatively increased as compared with the case where the concavoconvex structure A is formed by a plurality of independent concave portions and continuous convex portions. That is, since the growth property of the semiconductor layer from the concave bottom portion described above can be made better, the internal quantum efficiency IQE can be improved and the crack can be suppressed.
또한, 오목부 바닥부에는 평탄면이 있고, 이로써, 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키는 효과가 한층더 높아진다. 이것은, 요철 구조(A)의 오목부 바닥부에서 성장하는 반도체층의 성장 초기 상태를 양호하게 유지할 수 있게 되기 때문이며, 요철 구조(A)에 의한 전위 분산성의 효과를 보다 발휘할 수 있게 된다. Further, the bottom of the concave portion has a flat surface, whereby the effect of improving the internal quantum efficiency IQE is further enhanced. This is because the initial state of growth of the semiconductor layer growing at the bottom of the concave portion of the concave-convex structure A can be well maintained, and the effect of the potential dispersion by the concave-convex structure A can be further exerted.
요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)은, 내부 양자 효율(IQE)과 광 추출 효율(LEE)과의 밸런스라는 관점에서 선택할 수 있기 때문에, 특별히 한정은 없고, 예컨대, 200 nm, 300 nm, 500 nm, 700 nm, 1200 nm, 1500 nm, 2500 nm 및 5000 nm의 요철 구조(A)를 갖는 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제조하여, 상기 설명한 효과를 확인하고 있다. LED의 외부 양자 효율(EQE)을 효과적으로 향상시킨다고 하는 관점에 서면, 내부 양자 효율(IQE)을 반드시 향상시킬 필요가 있다. 이 관점에서, 평균 간격(Pave)은, 50 nm≤Pave≤1500 nm을 만족하는 것이 바람직하다. 평균 간격(Pave)이 1500 nm 이하임으로써, 요철 구조(A)의 오목부의 밀도가 향상되어, 이미 설명한 성장하는 반도체층끼리의 합체 빈도를 크게 할 수 있다. 즉, 반도체층 속의 전위가, 그 진행 방향을 변화시키는 빈도를 향상시킬 수 있기 때문에, 전위의 저감 효과가 커지고, 이에 따라, 내부 양자 효율(IQE)가 효과적으로 향상된다. 한편, 평균 간격(Pave)이 50 nm 이상임으로써, 반도체층의 초기 성장에 크게 공헌하는 요철 구조(A)의 오목부 바닥부의 크기를 확보할 수 있다. 이에 따라, 요철 구조(A)의 오목부 바닥부에 있어서의 반도체층의 핵 성장을 양호하게 유지할 수 있다. 따라서, 요철 구조(A)의 배열축 A이 회전 시프트각(Θ)만큼 소정의 범위 내에서 시프트함에 따른 반도체층에의 크랙 억제 효과가 커진다. 특히, 반도체층의 핵 생성성과 핵 성장성을 양호하게 유지한다는 관점에서, 평균 간격(Pave)은, 100 nm 이상인 것이 바람직하고, 200 nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 300 nm 이상인 것이 가장 바람직하다. The average interval Pave of the concavo-convex structure A is not particularly limited because it can be selected from the viewpoint of balance between the internal quantum efficiency IQE and the light extraction efficiency LEE. For example, 200 nm, 300 nm, The patterned
또한, 요철 구조(A)의 오목부의 밀도를 향상시키고, 성장하는 반도체층끼리의 합체 빈도를 향상시키는 동시에, 합체 부위를 분산화시키고, 효과적으로 내부 양자 효율(IQE)을 향상시켜, 크랙을 저감한다는 관점에서, 1200 nm 이하인 것이 바람직하고, 1000 nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 950 nm 이하인 것이 가장 바람직하다. 한편, 도 9, 도 16, 도 17을 참조하여 이미 설명한, 평균 간격(Pave)과 듀티의 관계를 만족함으로써, 크랙 억제 효과 및 내부 양자 효율(IQE) 개선 효과를 발현하는 동시에, 광 추출 효율(LEE)도 더욱 향상시킬 수 있다. It is also possible to improve the density of the concave portion of the concave-convex structure A, improve the frequency of incorporation of the growing semiconductor layers, disperse the coalescing portion, improve the internal quantum efficiency IQE effectively, , It is preferably 1200 nm or less, more preferably 1000 nm or less, and most preferably 950 nm or less. On the other hand, by satisfying the relation between the average interval (Pave) and the duty as already described with reference to Figs. 9, 16 and 17, the crack suppressing effect and the internal quantum efficiency (IQE) LEE) can be further improved.
<평균 간격(Pave)> <Average interval (Pave)>
평균 간격(Pave)은, 이하의 <<반도체 발광 소자>>에서 설명하는 <요철 구조의 평균 높이(Have)>를 구할 때에 사용한 샘플과 대략 같은 부위에서 측정되는 것으로 한다. 혹은, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대하여 측정할 수 있다. 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)은, 요철 구조(A)의 n회 대칭의 배열에 상관없이 이하의 정의에 따라서 결정된다. 어떤 볼록부 A1의 중심과 이 볼록부 A1에 가장 인접하는 볼록부 B1의 중심 사이의 거리 PA1B1를, 간격(P)이라고 정의한다. 평균 간격(Pave)은 이하의 정의에 따라서 산출된다. (1) 임의의 10개의 볼록부 A1, A2,… A10를 선택한다. (2) 볼록부 AM과 볼록부 AM(1≤M≤10)에 가장 인접하는 볼록부(BM)와의 간격 PAMBM을 측정한다. (3) 볼록부 A1~볼록부 A10에 관해서도 (2)와 마찬가지로 간격(P)을 측정한다. (4) 간격 PA1B1~PA10B10의 상가 평균치를 평균 간격(Pave)으로서 정의한다. 한편, 상기 정의는 요철 구조(A)의 n회 대칭성에 의하지 않는다. 즉, 복수의 볼록부가 연속된 오목부에 의해 격리된 경우라도, 복수의 울짱 형상체가 복수의 울짱 형상체에 의해 격리된 라인 & 스페이스 구조라도, 정n방 배열이 일축 혹은 이축 방향으로 연신된 배열이라도 마찬가지이다. 한편, 복수의 오목부가 연속된 볼록부에 의해 이격된 구조의 경우, 상기 볼록부의 중심을, 오목부 개구부의 중심이라고 바꿔 읽음으로써, 평균 간격(Pave)을 정의할 수 있다. 또한, 울짱 형상체의 길이가 매우 길어, 주사형 전자 현미경이나 원자간력 현미경 관찰에 의해 그 단부를 관찰할 수 없는 경우나, 혹은 단부가 없는 경우는, 이들 관찰상 내에서의 볼록부의 중심을, 상기 볼록부의 중심으로서 사용한다. The average spacing Pave is measured at substantially the same site as the sample used when calculating the average height (Have) of the concavo-convex structure described in the following << semiconductor light emitting device >>. Alternatively, the patterned wafer for
<볼록부의 바닥부의 평균 폭(φave)> ≪ Average width (? Ave) of the bottom of the convex portion>
평균 폭(φave)은, 이하의 <<반도체 발광 소자>>에서 설명하는 <요철 구조의 평균 높이(Have)>를 구할 때에 사용한 샘플과 대략 같은 부위에서 측정되는 것으로 한다. 혹은, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대하여 측정된다. 요철 구조(A)의 평균 폭(φave)은, 요철 구조(A)의 n회 대칭의 배열에 상관없이 이하의 정의에 따라서 결정된다. 어떤 볼록부 A1의 바닥부의 윤곽 형상에 있어서, 윤곽의 외주의 어느 한 점 X과, 윤곽의 외주의 다른 한 점 Y과의 거리(XY)가 최대가 될 때의 거리 φA1를, 볼록부의 바닥부의 폭(φ)이라고 정의한다. 평균 폭(φave)은 이하의 정의에 따라서 산출된다. (1) 임의의 10개의 볼록부 A1, A 2… A10를 선택한다. (2) 볼록부 AM(1≤M≤10)에 대하여 볼록부의 바닥부의 폭 φAM을 측정한다. (3) 볼록부 A1~볼록부 A10에 관해서도, (2)와 마찬가지로 볼록부의 바닥부의 폭(φ)을 측정한다. (4) 볼록부의 바닥부의 폭 φA1~φA10의 상가 평균치를 평균 폭(φave)으로서 정의한다. 한편, 볼록부의 바닥부의 윤곽 형상의 종횡비가 1.5 이상인 경우는, 볼록부의 바닥부의 폭(φ)은, 볼록부의 바닥부의 윤곽 형상의 외주의 어느 한 점 X과, 다른 한 점 Y과의 최단 거리로서 정의된다. The average width [phi] ave is measured at approximately the same site as the sample used when calculating the average height (Have) of the concavo-convex structure explained in the following << semiconductor light emitting device >>. Alternatively, it is measured with respect to the patterned
<듀티> <Duty>
듀티는 평균 폭(φave)과 평균 간격(Pave)과의 비율(φave/Pave)로서 정의된다. The duty is defined as the ratio (? Ave / Pave) of the average width (? Ave) to the average spacing (Pave).
<요철 구조(A)의 배치> ≪ Arrangement of concave and convex structure (A)
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)는, 상술한 요철 구조(A)를, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면의 일부 또는 전면에 구비한다. 한편, 요철 구조(A)의 더욱 상세한 형상·배열이나 제조 방법이나 재질에 관해서는, 이하의 <<반도체 발광 소자>> 안에서 설명한다. 즉, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면 전면이 상기 설명한 요철 구조(A)에 의해 덮이더라도, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면의 일부에 요철 구조(A)가 형성되더라도 좋다. 이하의 설명에서는, 요철 구조(A)를 요철 구조(G)라고 기재하고, 요철 구조(A)에 해당하지 않는 요철 구조를 요철 구조(B)라고 기재한다. The patterned
LED용 패턴 웨이퍼(1)는 적어도 일부에 요철 구조(G)를 갖는다. 즉, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면은 요철 구조(G)에 의해 전면이 덮이더라도 일부가 덮이더라도 좋다. 여기서, 요철 구조(G)에 의해 덮이지 않은 영역을 「비G 영역」이라고 부른다. 여기서, 비G 영역은 요철 구조(B) 및/또는 평탄부로 구성된다. LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면의 일부에 비G 영역이 형성되는 경우라도, 요철 구조(G)로 덮인 영역에서, 이미 설명한 효과를 발현할 수 있기 때문에, 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 성막할 수 있다. 나아가서는, 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한 평균 간격(Pave)과 듀티의 관계를 만족함으로써 광 추출 효율(LEE)도 동시에 개선할 수 있다. The patterned
(α) LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면에 형성되는 요철 구조(G)는, 평균 간격(Pave)을 이용했을 때에, 10 Pave×10 Pave의 면적을 갖는 영역 내에 적어도 형성하면, 상기 설명한 효과를 발휘하기 때문에 바람직하다. 즉, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대하여 적어도, 10 Pave×10 Pave 영역 내에 요철 구조(G)가 형성되면 된다. 즉, 예컨대, 주사형 전자 현미경이나 원자간력 현미경을 이용하여 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면을 관찰한 경우에, 10 Pave×10 Pave의 면적을 갖는 영역 내가 요철 구조(G)에 의해 구성되어 있으면 된다. 특히, 10 Pave×10 Pave의 면적을 갖는 영역 내를 채우는 요철 구조(G)의 총화에 의해, 이하에 설명하는 요철 구조(G)의 비율 또는 크기를 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 10 Pave×10 Pave의 면적을 갖는 범위 내가 요철 구조(G)에 의해 구성되고, 이러한 범위를 여러 개 둘 수 있다. 특히, 20 Pave×20 Pave 이상, 보다 바람직하게는 25 Pave×25 Pave 이상을 만족함으로써, 요철 구조(G)에 의한 반도체층의 핵의 부착, 핵 성장, 그리고 성장하는 반도체층의 합체 효과가 보다 현저하게 되기 때문에 바람직하다. 이 경우도, 요철 구조(G)의 총화에 의해, 이하에 설명하는 요철 구조(G)의 비율 또는 크기를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 50 Pave×50 Pave 이상, 보다 바람직하게는 75 Pave×7 PaveP 이상의 면적을 갖는 영역이 요철 구조(G)에 의해 구성됨으로써, 요철 구조(G)로 덮인 영역에 인접하는 비G 영역에서도, 반도체층의 핵의 부착, 핵 성장, 그리고 성장하는 반도체층의 합체가 양호하게 되어, 크랙의 억제와 내부 양자 효율(IQE)의 개선 효과가 발현되기 때문에 바람직하다. 이 효과는, 100 Pave×100 Pave 이상, 150 Pave×150 Pave 이상, 그리고 450 Pave×450 Pave 이상으로 됨에 따라서 보다 발휘된다. 이들 경우도, 요철 구조(G)의 총화에 의해, 이하에 설명하는 요철 구조(G)의 비율 또는 크기를 만족하는 것이 바람직하다. (?) If the concavo-convex structure G formed on the surface of the
(β) 요철 구조(G)로 덮인 영역 속에, 비G 영역을 형성하는 경우, 비G 영역의 비율은, 요철 구조(G)에 대하여 1/5 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 요철 구조(G)의 효과를 발휘할 수 있다. 같은 효과를 보다 발휘한다는 관점에서, 1/10 이하인 것이 보다 바람직하고, 1/25 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1/50 이하인 것이 가장 바람직하다. 한편, 1/100 이하를 만족함으로써, 크랙의 억제와 내부 양자 효율(IQE)의 개선 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 특히, 1/500 이하, 보다 바람직하게는 1/1000 이하를 만족함으로써, LED 내부에서 출광하는 발광광의 균등성이 향상되기 때문에 바람직하다. 같은 관점에서, 1/10000 이하인 것이 바람직하고, 1/100000 이하인 것이 바람직하고, 1/1000000 이하인 것이 바람직하다. 한편, 하한치는 특별히 한정되지 않고, 작을수록, 바꿔 말하면 0에 점차 가까울수록 요철 구조(G)의 효과가 보다 현저하게 되기 때문에 바람직하다. (β) When a non-G region is formed in a region covered with the uneven structure G, the ratio of the non-G region is preferably not more than 1/5 of the unevenness structure G. Thus, the effect of the concavo-convex structure G can be exhibited. More preferably 1/10 or less, more preferably 1/25 or less, and most preferably 1/50 or less from the viewpoint of exerting the same effect. On the other hand, by satisfying 1/100 or less, it is possible to further improve the suppression of cracks and the improvement of the internal quantum efficiency (IQE). Particularly, satisfying 1/500 or less, more preferably 1/1000 or less, is preferable because the uniformity of emitted light emitted from inside the LED is improved. From the same viewpoint, it is preferably 1/10000 or less, more preferably 1/100000 or less, and more preferably 1/1000000 or less. On the other hand, the lower limit value is not particularly limited, and it is preferable that the smaller the value, the closer the value is to 0, the more remarkable the effect of the concave-convex structure G becomes.
(γ) LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면에 대한 요철 구조(G)의 비율은, LED 칩의 외형 및 그 크기에 따라 다르기도 하지만, 0.002% 이상이면, 요철 구조(G)에 있어서 이미 설명한 효과를 발휘할 수 있게 되기 때문에 바람직하다. 특히, 0.02% 이상, 보다 바람직하게는 0.2% 이상의 요철 구조(G)를 LED용 패턴 웨이퍼(1)가 구비함으로써, 반도체층 내의 전위의 분산성이 향상되기 때문에, 내부 양자 효율(IQE)의 균등성이 향상된다. 또한, 성장하는 반도체층의 합체 부위의 분산성이 향상됨으로써, 크랙 억제 효과가 커진다. 또한, 2.3% 이상, 보다 바람직하게는 10% 이상의 요철 구조(G)를 LED용 패턴 웨이퍼(1)가 포함함으로써, 상기 효과를 한층 더 발휘할 수 있다. 또한, 20% 이상인 경우, LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에 성막되는 반도체층의 면내 균등성이 향상됨으로써, 내부 양자 효율(IQE)의 개선 정도가 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 면내에서 균등화되기 때문에, 고효율의 LED 칩을 얻는 수율이 향상된다. 이 효과를 보다 발휘한다는 관점에서, 요철 구조(G)는, 30% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 40% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하고, 50% 이상 포함되는 것이 가장 바람직하다. 또한, 요철 구조(G)를 60% 이상 포함하는 경우, 비G 영역에 대한 요철 구조(G)의 효과의 전파성이 향상된다. 즉, 요철 구조(G)에 의한 반도체층의 핵의 부착, 핵 성장, 그리고 성장하는 반도체층의 합체에 대한 효과를, 비G 영역에 전파하므로, 비G 영역의 내부 양자 효율(IQE)의 향상 정도가 커지는 동시에 크랙 개선의 효과도 커진다. 상기 효과를 보다 발휘한다는 관점에서, 요철 구조(G)는, 70% 이상 포함되는 것이 바람직하고, 80% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하고, 90% 이상 포함되는 것이 가장 바람직하다. 한편, 요철 구조(G)가 98% 이상 포함되는 경우, 바꿔 말하면 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면이 요철 구조(G)에 의해 대략 다 메워지게 되는 경우는, 반도체층의 성장성이 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 면내에서 균등하게 되므로, 내부 양자 효율(IQE)의 향상 정도의 균등화가 촉진된다. 즉, LED용 에피택셜 웨이퍼로 제조되는 복수의 LED 칩의 특성 분포 곡선이 보다 샤프하게 된다. (γ) The ratio of the concavo-convex structure G to the surface of the pattern wafer for
(δ) LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면에 포함되는 요철 구조(G)는 0.0025×10-6 ㎡ 이상인 것이 바람직하다. 이 범위를 만족함으로써, LED 칩의 발광 출력이 커진다. 이것은, LED 칩의 크기와 외형에 따라 다르기도 하지만, LED 칩 내부를 도파하는 발광광과 요철 구조(G)와의 충돌 확률로부터 판단할 수 있다. 또한, 이 범위를 만족하는 경우, 요철 구조(G) 상에 성막되는 반도체층의 초기 성장성이 양호하게 된다. 즉, 반도체층의 핵 생성과 핵 성장의 속도를 요철 구조(G)에 의해 저하시킬 수 있으므로, 전위가 저감되고, 내부 양자 효율(IQE)이 향상된다. 상기 효과를 보다 발휘한다는 관점에서, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면에 포함되는 요철 구조(G)는, 0.01×10-6 ㎡ 이상인 것이 바람직하고, 0.04×10-6 ㎡ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.09×10-6 ㎡ 이상인 것이 가장 바람직하다. 또한, 0.9×10-6 ㎡ 이상임으로써, LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에 성막되는 반도체층의 면내 균등성이 향상되므로, 크랙이 억제되는 비율이 커져, 반도체 발광 소자를 얻는 수율이 향상된다. 상기 효과를 보다 발휘하다는 관점에서, 9×10-6 ㎡ 이상인 것이 보다 바람직하고, 90×10-6 ㎡ 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, 900×10-6 ㎡ 이상, 보다 바람직하게는 1.8×10-3 ㎡ 이상임으로써, 비G 영역에 대한 요철 구조(G) 효과의 전파성이 향상된다. 즉, 요철 구조(G)에 의한 반도체층의 핵의 부착, 핵의 성장, 그리고 성장하는 반도체층의 합체를 적절하게 할 수 있다는 효과를 비G 영역에 전파함으로써, 비G 영역의 내부 양자 효율(IQE)의 향상 정도 및 크랙의 저감 정도도 커진다. 특히, 3.6×10-3 ㎡ 이상, 보다 바람직하게는 7.5×10-3 ㎡ 이상임으로써, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 외연부를 사용한 경우라도 양호한 LED를 얻을 수 있다. 이상 설명한 요철 구조(G)의 크기를 만족하는 요철 구조(G)가, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 표면 상에 하나 이상 형성됨으로써, 고효율의 LED 칩을 수율 높게 제조할 수 있는 LED용 기판을 얻을 수 있다. 한편, 상기 설명한 요철 구조(G)의 크기를 만족하는 요철 구조(G)를 여러 개 형성할 수도 있다. 이 경우, 적어도 하나의 요철 구조(G)가, 상기 크기를 만족한다. 특히, 요철 구조(G)의 개수에 대하여 50% 이상이 상기 크기의 범위를 만족시키는 것이 바람직하고, 100%가 상기 크기의 범위를 만족시키는 것이 가장 바람직하다. (隆) The concavo-convex structure G included in the surface of the
요철 구조(G)와 비G 영역의 배치 관계는 상기 내용을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 이하의 관계를 들 수 있다. 요철 구조(G)와 비G 영역과의 배치 관계는, 요철 구조(G)와 비G 영역을 생각한 경우, 이하에 설명하는 배치를 예로 들 수 있다. 한편, 요철 구조(G)는, 상기 설명한 α, β, γ, δ의 하나 이상을 만족하는 요철 구조(G)에 의한 집합, 즉, 요철 구조(G) 영역이다. 또한, 도 18에 도시하는 것과 같이, 요철 구조(G) 영역(501) 내에 비G 영역(502)이 형성되는 경우, 비G 영역(502)은, 상기 β에서 설명한 비율을 만족하면, 그 형상, 규칙성이나 비규칙성은 한정되지 않는다. 도 18은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서의 요철 구조(G)와 비G 영역과의 관계를 도시하는 설명도이다. 도 18A 및 도 18B에서는, 요철 구조(G) 영역(501) 속에, 윤곽이 부정형인 비G 영역(502)이 복수 배치되어 있다. 도 18C에서는, 요철 구조(G) 영역(501) 속에, 격자형의 비G 영역(502)이 형성된다. 또한, 도 18D에서는, 요철 구조(G) 영역(501) 속에, 대략 원 형상의 비G 영역(502)이 복수 형성되어 있다. The arrangement relationship of the uneven structure (G) and the non-G region is not particularly limited as long as the above content is satisfied. The arrangement relationship between the concavoconvex structure G and the non-G area is exemplified by the arrangement described below when the concave-convex structure G and the non-G area are considered. On the other hand, the concavo-convex structure G is an assembly of the concavo-convex structure G satisfying at least one of?,?,? And? Described above, that is, the concavo-convex structure G region. 18, when the
요철 구조(G) 영역(501)에 의해 만들어지는 윤곽 형상은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 요철 구조(G) 영역(501)과 비G 영역(502)과의 계면 형상은 한정되지 않는다. 이 때문에, 예컨대, 요철 구조(G) 영역(501)과 비G 영역(502)과의 계면 형상은, n각형(n≥3), 비n각형(n≥3)이나, 격자형, 라인형 등을 들 수 있다. n각형은 정n각형이라도 정n각형이 아니라도 좋다. The contour shape produced by the concavo-convex structure (G)
도 19는 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서의 요철 구조(G) 영역에 의해 만들어지는 윤곽 형상을 도시하는 모식도이다. 예컨대, 4각형을 대표로 하면, 정4각형(정방형), 직사각형, 평행사변형, 사다리꼴형, 또 이들 4각형의 대향하는 변의 1조 이상이 비평행한 형상을 들 수 있다. 또한, n각형(n≥3)에 있어서, n이 4 이상인 경우는, 도 19A 내지 도 19D에 도시하는 것과 같은 형상을 포함한다. 도 19A는 4각형이고, 도 19B는 6각형이고, 도 19C는 8각형이고, 도 19D는 12각형이다. 비n각형은, 곡율 반경이 0 초과인 각부를 포함하는 구조, 예컨대, 원, 타원, 상기 설명한 상기 n각형의 각이 라운딩을 띤 형상(상기 n각형의 각의 곡율 반경이 0 초과인 형상), 또는 라운딩을 띤 각(곡율 반경이 0 초과인 부위)을 포함하는 상기 설명한 n각형(n≥3)이다. 이 때문에, 예컨대, 도 19E 내지 도 19H에 예시하는 형상을 포함한다. 한편, 비G 영역의 윤곽 형상은, 상기 설명한 요철 구조(G)의 집합의 윤곽 형상으로 예로 든 형상을 채용할 수 있다. Fig. 19 is a schematic diagram showing an outline shape formed by the concavo-convex structure G region in the patterned
우선, 요철 구조(G) 영역(501)이 비G 영역(502)에 의해 둘러싸이거나 또는 사이에 끼워지는 상태를 들 수 있다. 도 20은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 표면에서 관찰한 상태를 도시하는 평면 모식도이다. 도 20A 내지 도 20F에서는, 요철 구조(G) 영역(501)이 비G 영역(502)에 의해 둘러싸여 있는 상태를 도시하고 있다. 도 20A에 도시하는 것과 같이, LED용 패턴 웨이퍼(1)(500)의 표면에 요철 구조(G) 영역(501)이 형성되고, 그 외측이 비G 영역(502)에 의해 구성되어도 좋다. 이 요철 구조(G) 영역(501)은 상기 설명한 비율을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 이 요철 구조(G) 영역(501)은 이미 설명한 크기를 만족하는 것이 바람직하다. 도 20B 또는 도 20C와 같이, LED용 패턴 웨이퍼(1)(500)의 표면에 요철 구조(G) 영역(501)이 상호 이격되어 여러 개 배치되고 또 요철 구조(G) 영역(501)끼리의 사이 및 요철 구조(G) 영역(501)의 외측이 비G 영역(502)에 의해 채워져 있어도 좋다. 이 경우, 요철 구조(G)의 합계 면적에 대하여, 상기 설명한 비율을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 적어도 하나의 요철 구조(G)가 이미 설명한 크기를 만족하는 것이 바람직하고, 모든 요철 구조(G)가 이미 설명한 크기를 만족하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 요철 구조(G)가 여러 개 형성되는 경우, 요철 구조(G) 영역(501)은 도 20C에 도시하는 것과 같이 규칙적으로 배치되어도, 도 20D에 도시하는 것과 같이 비규칙적으로 배치되어도 좋다. 규칙적인 배치로서는, 사방 배열, 육방 배열, 이들 배열이 일축 방향으로 연신된 배열, 또는 이들 배열이 이축 방향으로 연신된 배열 등을 들 수 있다. 또한, 요철 구조(G) 영역(501)의 윤곽 형상은, 도 20A 내지 도 20D에서는 원형으로 기재했지만, 도 20E에 도시하는 것과 같이 부정형의 형상을 채용할 수도 있다. 예컨대, 요철 구조(G) 영역(501)의 외형으로서, n각형(n≥3), 각이 둥글게 된 n각형(n≥3), 원, 타원, 선형, 스타형, 격자형 등의 형상을 들 수 있다. 또한, 도 20F에 도시한 것과 같이, 요철 구조(G) 영역(501)이 비G 영역(502)에 의해 둘러싸이고, 그 외주를 요철 구조(G) 영역(501)이 둘러싸고, 또한 그 외주를 비G 영역(502)이 둘러쌀 수도 있다. 한편 도 20A 내지 도 20D에서는, 요철 구조(G) 영역(501)을 원형으로 기재했지만, 요철 구조(G) 영역(501)에 의해 만들어지는 윤곽 형상은, 도 19를 참조하여 설명한 형상을 채용할 수 있다. First, a state in which the uneven structure (G)
도 21은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 표면에서 관찰한 상태를 도시하는 평면 모식도이다. 도 21은 요철 구조(G) 영역(501)이 비G 영역(502)에 의해 사이에 끼워져 있는 경우를 도시하고 있다. 도 21A 및 도 21B에 도시하는 것과 같이, LED용 패턴 웨이퍼(1)(500)의 표면에 요철 구조(G) 영역(501)이 형성되고, 그 외측이 비G 영역(502)에 의해 구성되어도 좋다. 이 요철 구조(G)는, 상기 설명한 비율을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 이미 설명한 크기를 만족하는 것이 바람직하다. 도 21C와 같이, LED용 패턴 웨이퍼(1)(500)의 표면에 요철 구조(G) 영역(501)이 상호 이격되어 여러 개 배치되고 또 요철 구조(G) 영역(501)끼리의 사이 및 요철 구조(G) 영역(501)의 외측이 비G 영역(502)에 의해 채워져 있어도 좋다. 이 경우, 요철 구조(G)의 합계 면적에 대하여, 상기 설명한 비율을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 적어도 하나의 요철 구조(G)가 이미 설명한 크기를 만족하는 것이 바람직하고, 모든 요철 구조(G)가 이미 설명한 크기를 만족하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 도 21D와 같이, 요철 구조(G) 영역(501)이 비G 영역(502)을 내포하도록 또 연속적으로 형성되도록 배치할 수도 있다. 이 경우, 요철 구조(G)의 면적에 대하여, 상기 설명한 비율을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 요철 구조(G)가 이미 설명한 크기를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 요철 구조(G) 영역(501)과 비G 영역(502)과의 계면 형상은 직선형이라도, 도 21E에 도시하는 것과 같이 휘어 있어도 좋다. 요철 구조(G) 영역(501)의 형상으로서는, 선형, 격자형, 메쉬형 등을 들 수 있다. 또한, 도 21F에 도시한 것과 같이, 요철 구조(G) 영역(501)이 비G 영역(502)에 의해 사이에 놓이고, 그 외주를 요철 구조(G) 영역(501)이 사이에 두고, 또한 그 외주를 비G 영역(502)이 사이에 둘 수도 있다. 한편, 도 21에서는, 요철 구조(G) 영역(501)에 의해 만들어지는 윤곽선을 선형 혹은 대략 선형으로 기재했지만, 도 19를 참조하여 설명한 형상을 채용할 수 있다. 21 is a schematic plan view showing a state in which the patterned
상기 설명한 요철 구조(G) 영역(501)이 여러 개 형성되는 경우에는, 각 요철 구조(G) 영역(501)과 비G 영역(502)과의 계면 형상은, 단일이라도, 요철 구조(G) 영역(501)마다 다르더라도 좋다. The concavo-convex structure G may be formed even if the concavo-convex
또한, 상기 설명한 요철 구조(G) 영역(501) 및 비G 영역(502)과의 배치 관계에 있어서는, 요철 구조(G) 영역(501)이 비G 영역(502)에 둘러싸이는 경우와, 요철 구조(G) 영역(501)이 비G 영역(502)에 끼워지는 경우를 혼재할 수 있다. Regarding the arrangement relationship between the concavo-convex structure (G)
또한, 도 20F 및 도 21F에 도시하는 것과 같이, 제1 요철 구조(G) 영역(501)(G1)의 외측에 비G 영역(502)이 형성되고, 또한 그 외측에 제2 요철 구조(G) 영역(501)(G2)이 형성되고, 더욱 그 외측에 비G 영역(502)이 형성되는 경우, 제2 요철 구조(G) 영역(501)(G2)은 불연속이라도 좋다. As shown in Figs. 20F and 21F, a
비G 영역은, 요철 구조(B)에 의해 구성되어도, 평탄부에 의해 구성되어도, 요철 구조(B) 및 평탄부에 의해 구성되어도 좋다. The non-G region may be constituted by the concavo-convex structure B or by the flat portion, or by the concave-convex structure B and the flat portion.
또한, 상기 설명에서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)(500)의 외형을 전부 직사각형으로서 그리고 있지만, LED용 패턴 웨이퍼(1)(500)의 외형은 이것에 한정되지 않고 원형, 원의 곡율을 갖는 호와 직선을 포함하는 형상, n각형(n≥3), 비n각형(n≥3)이나, 격자형, 라인형 등을 채용할 수 있다. n각형은 정n각형이라도, 정n각형이 아니라도 좋다. 예컨대, 4각형을 대표로 하면, 정4각형(정방형), 직사각형, 평행사변형, 사다리꼴형, 또 이들 4각형의 대향하는 변의 1조 이상이 비평행한 형상을 들 수 있다. 또한, n각형(n≥3)에 있어서, n이 4 이상인 경우는, 도 19A 내지 도 19D에 도시하는 것과 같은 형상을 포함한다. 도 19A는 4각형이고, 도 19B는 6각형이고, 도 19C는 8각형이고, 도 19D는 12각형이다. 비n각형은, 각이 없는 구조, 예컨대, 원, 타원, 상기 설명한 상기 n각형의 각이 라운딩을 띤 형상(n각형의 각의 곡율 반경이 0 초과인 형상), 또는 라운딩을 띤 각(곡율 반경이 0 초과인 각부)을 포함하는 상기 설명한 n각형(n≥3)이다. 이 때문에, 예컨대, 도 19F 내지 도 19H에 예시하는 형상을 포함한다. 그 중에서도 선대칭의 형상을 채용하는 것이 바람직하다. In the above description, the outer shapes of the
<<LED용 에피택셜 웨이퍼>><< LED epitaxial wafer >>
이어서, 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용한 LED용 에피택셜 웨이퍼에 관해서 설명한다. Next, an LED epitaxial wafer using the patterned
도 22는 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼의 일례를 도시하는 단면개략도이다. 도 22에 도시하는 것과 같이, LED용 에피택셜 웨이퍼(100)에 있어서, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)는, 그 표면에 요철 구조(20)를 구비하고 있다. 요철 구조(20)는 상기 설명한 요철 구조(A)이다. 즉, 요철 구조(20)의 배열축 A와 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 결정축은, 상기 설명한 회전 시프트각(Θ)의 관계를 만족하는 동시에, 요철 구조(20)의 볼록부는 상기 설명한 곡율 반경이 0 초과인 각부에 의해 구성된다. LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 요철 구조(20)를 포함하는 표면 상에 반도체층인 제1 반도체층(30), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)이 순차 적층되어 있다. 여기서, LED용 에피택셜 웨이퍼(100)로 제조되는 LED 칩에 있어서, 발광 반도체층(40)에서 발생한 발광광은, 제2 반도체층(50) 측 또는 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)로부터 추출된다. 또한, 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 서로 다른 반도체 결정에 의해 구성되어 있다. 여기서, 제1 반도체층(30)은, 요철 구조(20)를 평탄화하면 바람직하다. 이때, 요철 구조(20)가 요철 구조(A)이므로, 제1 반도체층(30)의 전위가 저감되면서 또 크랙이 억제된다. 제1 반도체층(30)이 요철 구조(20)를 평탄화하도록 형성됨으로써, 제1 반도체층(30)의 반도체로서의 성능을, 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)에 반영시킬 수 있기 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이 향상되는 동시에, 크랙이 억제된다. 즉, <<LED용 패턴 웨이퍼(1)>>에서 설명한 원리에 의해, 제1 반도체층(30)의 전위가 저감하는 동시에 크랙을 억제할 수 있고, 양호한 결정성을 갖는 제1 반도체층(30)의 성능을, 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)에 순차 반영시키는 동시에, 제2 반도체층(50)을 성막한 후에도 반도체층의 크랙을 저감할 수 있다. 22 is a schematic cross-sectional view showing an example of an epitaxial wafer for LED according to the present embodiment. As shown in Fig. 22, in the
또한, 제1 반도체층(30)은, 도 23에 도시하는 것과 같이, 비도핑 제1 반도체층(31)과 도핑 제1 반도체층(32)으로 구성되어도 좋다. 도 23은 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다. 이 경우, 도 23에 도시하는 것과 같이, LED용 에피택셜 웨이퍼(200)에 있어서, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10), 비도핑 제1 반도체층(31) 및 도핑 제1 반도체층(32)의 순으로 적층되면, 내부 양자 효율(IQE)의 개선과 크랙 저감 효과에 더하여, LED용 에피택셜 웨이퍼(200)의 제조 시간 단축이 가능하게 된다. 여기서, 비도핑 제1 반도체층(31)이 요철 구조(20)를 평탄화하도록 형성됨으로써, 비도핑 제1 반도체층(31)의 반도체로서의 성능을, 도핑 제1 반도체층(32), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)에 반영시킬 수 있기 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이 향상되는 동시에 크랙이 저감된다. 즉, <<LED용 패턴 웨이퍼(1)>>에서 설명한 원리에 의해, 비도핑 제1 반도체층(31)의 결정성을 향상시킬 수 있고, 양호한 결정성을 갖는 비도핑 제1 반도체층(31)의 성능을, 도핑 제1 반도체층(32), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)에 순차 반영시키는 동시에, 제2 반도체층(50)을 성막한 후에도 반도체층의 크랙을 저감할 수 있다. The
더욱이, 제1 반도체층(30)은, 도 24에 도시하는 것과 같이, 버퍼층(33)을 포함하면 바람직하다. 도 24는 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다. 도 24에 도시하는 것과 같이, LED용 에피택셜 웨이퍼(300)에서는, 요철 구조(20) 상에 버퍼층(33)을 형성하고, 이어서, 비도핑 제1 반도체층(31) 및 도핑 제1 반도체층(32)을 순차 적층함으로써, 제1 반도체층(30)의 결정 성장의 초기 조건인 핵 생성 및 핵 성장이 양호하게 되어, 제1 반도체층(30)의 반도체로서의 성능이 향상되기 때문에, 내부 양자 효율(IQE) 개선 정도가 향상된다. 여기서 버퍼층(33)은, 요철 구조(20)를 평탄화하도록 배치되어도 좋지만, 버퍼층(33)의 성장 속도는 느리기 때문에, LED용 에피택셜 웨이퍼(300)의 제조 시간을 단축한다는 관점에서, 버퍼층(33) 상에 형성되는 비도핑 제1 반도체층(31)에 의해 요철 구조(20)를 평탄화하는 것이 바람직하다. 비도핑 제1 반도체층(31)이 요철 구조(20)를 평탄화하도록 형성됨으로써, 비도핑 제1 반도체층(31)의 반도체로서의 성능을, 도핑 제1 반도체층(32), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)에 반영시킬 수 있기 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이 향상되는 동시에 크랙이 저감한다. 한편, 도 24에서, 버퍼층(33)은 요철 구조(20)의 표면을 덮도록 배치되어 있지만, 요철 구조(20)의 표면에 부분적으로 형성할 수도 있다. 특히, 요철 구조(20)의 오목부 바닥부에 우선적으로 버퍼층(33)을 형성할 수 있다. 이 경우, 요철 구조(20)의 오목부 바닥부에 대하여 우선적으로 핵의 부착을 할 수 있기 때문에, 이어지는, 핵 성장성이 양호하게 되어, 성장하는 반도체층끼리의 합체를 양호하게 유지할 수 있다. 한편, 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 사용하는 경우, 양호하게 내부 양자 효율(IQE)을 향상시킬 수 있기 때문에, 버퍼층(33)은 형성하지 않아도 된다. Furthermore, it is preferable that the
도 22 내지 도 24에 도시한 LED용 에피택셜 웨이퍼(100, 200, 300)는, 이중 헤테로 구조의 반도체층을 적용한 예이지만, 제1 반도체층(30), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)의 적층 구조는 이것에 한정되는 것은 아니다. The
도 25는 도 22 내지 도 24에 도시한 LED용 에피택셜 웨이퍼로 제조되는 LED 칩의 예를 도시하는 단면 개략도이다. 도 25에 도시하는 것과 같이, LED 칩(400)에 있어서, 제2 반도체층(50) 상에 투명 도전층(60)을, 투명 도전층(60)의 표면에 애노드 전극(70)을, 그리고 제1 반도체층(30) 표면에 캐소드 전극(80)을, 각각 설치할 수 있다. 투명 도전층(60), 애노드 전극(70) 및 캐소드 전극(80)의 배치는, LED 칩에 의해 적절하게 최적화할 수 있기 때문에 한정되지 않지만, 일반적으로, 도 25에 예시하는 것과 같이 형성된다. 25 is a schematic cross-sectional view showing an example of an LED chip made of the epitaxial wafer for LED shown in Figs. 22 to 24. Fig. 25, in the
더욱이, 도 25에 도시하는 LED 칩(400)에서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)와 제1 반도체층(30) 사이에 요철 구조(20)가 형성되어 있지만, 도 26에 도시하는 것과 같이, 별도의 요철 구조를 더 형성할 수 있다. 도 26은 본 실시형태에 따른 LED 칩의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다. 도 26에 도시하는 것과 같이, 별도 형성되는 요철 구조로서는 이하의 것을 들 수 있다. In the
·LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 발광 반도체층(40)과는 반대쪽의 면 위에 형성되는 요철 구조(601)A concave-
·제2 반도체층(50)과 투명 도전층(60) 사이에 형성되는 요철 구조(602)An
·투명 도전층(60) 표면에 형성되는 요철 구조(603)
·투명 도전층(60)과 애노드 전극(70) 사이에 형성되는 요철 구조(604)An
·제1 반도체층(30)과 캐소드 전극(80) 사이에 형성되는 요철 구조(605)A concave-
·애노드 전극(70)의 표면에 형성되는 요철 구조(606)A concave-
·캐소드 전극(80)의 표면에 형성되는 요철 구조(607)A concavo-
·제1 반도체층(30), 발광 반도체층(40), 제2 반도체층(50) 및 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 측면에 형성되는 요철 구조(608)The concavo-
요철 구조(20) 외에, 요철 구조(601~608)의 적어도 어느 하나의 요철 구조를 더욱 형성함으로써, 이하에 설명하는 각 요철 구조(601~608)에 따른 효과를 발현할 수 있다. By further forming at least one concavo-convex structure of the concavo-
요철 구조(601)를 형성함으로써, 광 추출 효율(LEE)이 향상된다. 본 실시형태에 따른 LED 칩에서는, 내부 양자 효율(IQE)이 향상된다. 즉, LED 칩 내부에서 효과적으로 광자(photon)를 만들어 낼 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 따른 LED 칩에서는, 요철 구조(601)를 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 요철 구조(601)를 형성하는 대신에, LED용 패턴 웨이퍼(1)를 예컨대 레이저 리프트 오프법 등에 의해 제거함에 의해서도, 마찬가지로 광 추출 효율(LEE)이 크게 향상된다. By forming the concave-
요철 구조(602)를 형성함으로써, 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있기 때문에, 외부 양자 효율(EQE)이 크게 개선된다. 또한, 투명 도전층(60)에 있어서의 전자의 확산성이 향상되기 때문에, LED 칩의 크기를 크게 할 수 있다. By forming the concave-
요철 구조(603)를 형성함으로써, 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼에서는, 내부 양자 효율(IQE)이 향상된다. 즉, LED 칩 내부에서 효과적으로 광자를 만들어 낼 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 따른 LED 칩에서는, 요철 구조(603)를 형성하는 것이 바람직하다. By forming the concave-
요철 구조(604)를 형성함으로써, 투명 도전층(60)과 애노드 전극(70)과의 접촉 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 애노드 전극(70)의 박리를 억제할 수 있다. 또한, 옴 저항을 감소시켜, 오믹 컨택트를 향상시킬 수 있기 때문에, 전자 주입 효율(EIE)을 개선할 수 있고, 외부 양자 효율(EQE)을 향상시킬 수 있다. 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼에서는, 내부 양자 효율(IQE)이 향상된다. 즉, LED 칩 내부에서 효과적으로 광자를 만들어 낼 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 따른 LED 칩에서는, 요철 구조(604)를 형성하는 것이 바람직하다.By forming the
요철 구조(605)를 형성함으로써, 제1 반도체층(30)과 캐소드 전극(80)의 접촉 면적이 커지기 때문에, 캐소드 전극(80)의 박리를 억제할 수 있다. By forming the
요철 구조(606)를 형성함으로써, 애노드 전극(70)에 접속되는 배선의 고정 강도가 향상되기 때문에 박리를 억제할 수 있다. By forming the concave-
요철 구조(607)를 형성함으로써, 캐소드 전극(80)의 표면에 설치되는 배선의 고정 강도가 향상되기 때문에 박리를 억제할 수 있다. By forming the concave-
요철 구조(608)를 형성함으로써, 제1 반도체층(30), 발광 반도체층(40), 제2 반도체층(50) 및 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 측면으로부터 출광하는 발광 광량을 증가시킬 수 있기 때문에, 도파 모드에서 감쇠 소실되는 발광광 비율을 저감할 수 있다. 이 때문에, 광 추출 효율(LEE)이 향상되고, 외부 양자 효율(EQE)을 크게 할 수 있다. The amount of emitted light emitted from the side surfaces of the
이상 설명한 것과 같이, 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 사용함으로써, LED용 에피택셜 웨이퍼의 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키는 동시에, LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐을 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 4 인치φ나 6 인치φ와 같은 대형의 LED용 웨이퍼를 사용한 경우라도, 휘어짐이 적은 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조하여, 불량율 낮게 LED 칩을 제조할 수 있다. 특히, 6 인치 이상의 직경을 갖는 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용함으로써, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 두께를 얇게 할 수 있게 된다. 이 때문에, 환경 적합성이 향상되는 동시에, 반도체층 성막시의 열 제어성이 개선되기 때문에, LED용 에피택셜 웨이퍼의 반도체층의 결정성은 보다 향상된다. 또한, 이미 설명한 것과 같이, 반도체층의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 더욱이, 상기 설명한 요철 구조(601~608)의 적어도 하나의 요철 구조를 더 형성함으로써, 요철 구조(601~608)에 의한 효과를 발현시킬 수 있다. 특히, 광 추출 효율(LEE)까지도 개선하여, 높은 외부 양자 효율을 실현한다는 관점에서, 요철 구조(601) 혹은 요철 구조(603) 중 어느 한쪽을 적어도 형성하면 바람직하다. 또한, 전자 주입 효율(EIE)도 향상시킨다는 관점에서, 요철 구조(604)를 형성하는 것이 바람직하다. As described above, by using the
또한, 상기 도 22 내지 도 24에 예시되는 LED용 에피택셜 웨이퍼(100, 200, 300)의, 제2 반도체층(50)의 노출 표면 상에 전극을 형성하고, 이 전극의 노출 표면 상에 지지 기재를 배치한 적층체에서, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 제거하여도 좋다. LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 제거는, 레이저광을 이용한 리프트 오프나, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 전체 용해 혹은 부분 용해에 의해 달성할 수 있다. 특히, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)로서 실리콘 웨이퍼를 채용하는 경우, 용해에 의한 제거가, 요철 구조가 형성된 면(이하, 요철 구조면이라고 함)의 정밀도라는 관점에서 바람직하다. 이와 같이 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 제거함으로써, 내부 양자 효율(IQE)의 개선을 유지한 상태에서, 광 추출 효율(LEE)을 더한층 향상시킬 수 있다. 이것은, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)와, 제1 반도체층(30), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)과의 굴절율의 차가 큰 것에 의한 것이다. LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 제거함으로써, 제1 반도체층(30)을 출광면으로 한 LED 에피택셜 웨이퍼를 끌어올릴 수 있다. An electrode is formed on the exposed surface of the
이어서, LED용 에피택셜 웨이퍼(100, 200, 300)를 구성하는 요소의 설명에 이용하는 어구에 관해서 설명한다. 한편, 이하의 설명은 LED 칩(400, 500)에 관해서도 적용된다. Next, a description will be given of the phrases used for the explanation of the elements constituting the
<요철 구조의 평균 높이(Have)> ≪ Average height of concavo-convex structure (Have) >
요철 구조(20)의 높이는, 요철 구조의 볼록부 정상부와 오목부 바닥부와의 거리의 상가 평균치로서 주어진다. 우선, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 요철 구조(20)면 상에, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 주면과 평행한 50 ㎛×50 ㎛각의 영역을 잡는다. 한편, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10) 상에 반도체층이 성막된 LED용 에피택셜 웨이퍼의 경우는, 반도체층을 제거하고, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 요철 구조면을 관찰한다. 이어서, 상기 50 ㎛×50 ㎛각의 영역을, 서로 겹치지 않는 10 ㎛×10 ㎛각의 영역으로 25 분할한다. 이어서, 25개 존재하는 10 ㎛×10 ㎛의 영역에서 임의로 5개의 영역을 선택한다. 여기서는, 선택된 10 ㎛×10 ㎛각의 영역을 영역 A, 영역 B, 영역 C, 영역 D 및 영역 E로 한다. 그 후, 영역 A를 보다 고배율로 관찰하고, 적어도 100개의 볼록부가 선명하게 관찰될 때까지 확대한다. 이어서, 관찰되는 볼록부로부터 임의로 10개의 볼록부를 골라내어, 각각의 볼록부의 높이(h)를 구한다. 여기서, 볼록부의 높이(h)는, 주사형 전자 현미경 관찰에 경사(Tilt)를 반영시킨 관찰 또는 원자간력 현미경 관찰로 판단할 수 있다. 영역 A로부터 측정된 10개의 볼록부의 상가 평균 높이를 ha로 한다. 영역 B, 영역 C, 영역 D 및 영역 E에 관해서도, 영역 A와 같은 식의 조작을 하여, hb, hc, hd 및 he를 구한다. 요철 구조(20)의 평균 높이(Have)는 (ha+hb+hc+hd+he)/5로서 주어진다. 한편, 상기 설명은 요철 구조(20)가 독립된 복수의 볼록부로 구성되는 경우의 설명이지만, 요철 구조(20)가 독립된 복수의 오목부로 구성되는 경우는, 상기 설명한 볼록부를 오목부로 바꿔 읽음으로써, 요철 구조(20)의 높이(h)가 정의된다. 또한, LED용 에피택셜 웨이퍼의 경우는, 이하에 설명하는 반도체층의 두께에 따른 용어를 먼저 산출하고, 그 후, 반도체층을 제거하고, 요철 구조(20)의 평균 높이(Have)를 구하는 것으로 한다. 즉, 이하에 설명하는 반도체층의 두께에 따른 정보와, 상기 설명한 요철 구조(20)의 평균 높이(Have)는, 동일 샘플의 대략 같은 부위에서 측정되는 것으로 한다. 또한, 이미 설명한 요철 구조(20)의 평균 간격(Pave) 및 요철 구조(20)의 볼록부의 바닥부의 평균 폭(평균 직경)(φave)은, 요철 구조의 평균 높이(Have)를 구하는 데 사용한 샘플과 동일 샘플이며, 동일한 측정 부위에서 구해진다. The height of the concave-
<거리 Hbun> <Street Hbun>
LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 발광 반도체층(40) 측의 표면과, 제1 반도체층(30)의 발광 반도체층(40) 측의 표면과의 거리를 거리 Hbun라고 정의한다. 여기서, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 발광 반도체층(40) 측의 표면이란, 요철 구조(20)의 평균 오목부 바닥부 위치로서 정의한다. 또한, 제1 반도체층(30)의 발광 반도체층(40) 측의 표면은 평균면으로서 정의한다. 평균은 상가 평균이며, 평균 점수는 10점으로 한다. 즉, 거리(Hbun)는, 요철 구조(20)의 평균 오목부 바닥부 위치를 기준으로 했을 때의 제1 반도체층(30)의 평균 두께이다. 한편, 상기 상가 평균은, LED용 에피택셜 웨이퍼의 단면을 관찰하여 산출한다. 관찰 방법으로서는, 투과형 전자 현미경 관찰 또는 주사형 전자 현미경 관찰을 채용할 수 있다. 또한, 관찰 범위는, 이들 관찰에 있어서 5개 이상 20개 이하의 볼록부(또는 오목부)를 명료하게 관찰할 수 있는 범위로 한다. The distance between the surface of the
<거리 Hbu> <Street Hbu>
LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 발광 반도체층(40) 측의 표면과, 비도핑 제1 반도체층(31)의 발광 반도체층(40) 측의 표면과의 거리를 거리 Hbu라고 정의한다. 여기서, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 발광 반도체층(40) 측의 표면이란, 요철 구조(20)의 평균 오목부 바닥부 위치로서 정의한다. 또한, 비도핑 제1 반도체층(31)의 발광 반도체층(40) 측의 표면은 평균면으로서 정의한다. 평균은 상가 평균이며, 평균 점수는 10점으로 한다. 즉, 거리(Hbu)는, 요철 구조(20)의 평균 오목부 바닥부 위치를 기준으로 했을 때의 비도핑 제1 반도체층(31)의 평균 두께이다. 한편, 상기 상가 평균은, LED용 에피택셜 웨이퍼의 단면을 관찰하여 산출한다. 관찰 방법으로서는, 투과형 전자 현미경 관찰 또는 주사형 전자 현미경 관찰을 채용할 수 있다. 또한, 관찰 범위는, 이들 관찰에 있어서 5개 이상 20개 이하의 볼록부(또는 오목부)를 명료하게 관찰할 수 있는 범위로 한다. The distance between the surface of the
이어서, LED용 에피택셜 웨이퍼(100)(200, 300 및 LED 칩 400, 600을 포함한다. 이하 마찬가지임)를 구성하는 각 요소에 관해서 상세히 설명한다. Next, each element constituting the
<거리(Hbun)와 평균 높이(Have)와의 비율(Hbun/Have)> <Ratio of distance (Hbun) to average height (Have) (Hbun / Have)>
거리(Hbun)와 평균 높이(Have)와의 비율(Hbun/Have)은 2≤Hbun/Have≤300을 만족한다. The ratio (Hbun / Have) between the distance (Hbun) and the average height (Have) satisfies 2? Hbun / Have? 300.
비율(Hbun/Have)은, 요철 구조(20)의 평균 높이(Have)와 제1 반도체층(30)의 평균 두께(Hbun)와의 비율을 의미하고 있고, 비율(Hbun/Have)이 클수록, 제1 반도체층(30)의 평균 두께(Hbun)가 커진다. 비율(Hbun/Have)이 2 이상임으로써, 요철 구조(20)에 의한 내부 양자 효율(IQE) 개선 효과를 발현할 수 있기 때문에 바람직하다. 비율(Hbun/Have)이 2 이상임으로써, 크랙이 억제된 제1 반도체층(30)에 의한 요철 구조(A)의 평탄화 정도가 향상된다. 이에 따라, 효과적으로, 제1 반도체층(30) 상에 형성되는 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)의 성막 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다. 이 때문에, 전위가 적은 제1 반도체층(30)의 반도체로서의 성능을, 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)에, 크랙을 억제한 상태로 반영시킬 수 있게 되어, 크랙이 억제되고 또 내부 양자 효율(IQE)이 높은 LED용 에피택셜 웨이퍼를 얻을 수 있다. 또한, 비율(Hbun/Have)이 3.5 이상임으로써, 제1 반도체층(30)의 표면의 평탄성이 양호하게 되고, 이에 따라, 발광 반도체층(40)의 막 두께 균등성이 향상됨으로써, 발광 파장의 면내 균등성이 향상된다. 이들 효과를 보다 발휘한다는 관점에서, 5.5 이상인 것이 보다 바람직하고, 8.0 이상인 것이 가장 바람직하다. 특히, 비율(Hbun/Have)이 10 이상이라면, 요철 구조(20)의 볼록부 정상부의 제1 반도체층(30)의 표면에의 영향을 보다 작게 할 수 있으므로, 제1 반도체층(30)의 발광 반도체층(40) 측 표면의 평탄성을 보다 양호하게 할 수 있다. 즉, 내부 양자 효율(IQE) 향상 효과가 커진다. 같은 관점에서, 비율(Hbun/Have)은, 12 이상인 것이 바람직하고, 14 이상인 것이 보다 바람직하고, 16 이상인 것이 가장 바람직하다. 또한, 제1 반도체층(30)의, 요철 구조(20)의 평균 볼록부 정상부 위치와 발광 반도체층(40)과의 사이에 있어서, 전위의 충돌 확률을 증가시키고, 내부 양자 효율(IQE)을 보다 높인다는 관점에서 비율(Hbun/Have)은 20 이상이 보다 바람직하고, 25 이상이 가장 바람직하다. 한편, 비율(Hbun/Have)이 300 이하임으로써, LED용 에피택셜 웨이퍼(100)의 휘어짐을 억제할 수 있으므로, 칩화 효율을 향상시킬 수 있다. The ratio Hbun / Have means the ratio between the average height Have of the concave-
반도체층을 성막한 후의 휘어짐에 관한 지표는 일반적으로 BOW로서 알려져 있다. BOW는, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 두께에 반비례하는 동시에, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 크기(직경) 및 반도체층의 두께의 제곱에 비례한다. BOW가 클수록, LED 칩의 제조는 곤란하게 되어, LED 칩을 제조할 때의 포토리소그래피 공정을 생각하면, BOW는 1.5 이하인 것이 바람직하다고 한다. 여기서, BOW를 작게 하는 것을 생각하면, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 두께를 크게 하고, 반도체층의 두께를 얇게 하면서 또 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 크기를 작게 하면 좋다. 그러나, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 두께를 두껍게 하는 경우, LED 칩의 제조 비용이 크게 늘어나는 동시에, 반도체층을 성막할 때의 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 열 거동이 변화하므로, 반도체층의 성막성이 저하되어, 내부 양자 효율(IQE)이 저하하는 경우가 있다. 또한, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 크기를 작게 하는 것은, LED 칩의 수율을 크게 저하시키는 요인이 된다. 즉, 반도체층의 두께를 얇게 하여 BOW를 억제할 수 있으면, 그 효과는 크다는 것을 알 수 있다. 여기서, 요철 구조(A)를 사용함으로써, 반도체층의 성막성이 향상되는 것을 이미 설명했다. 즉, 요철 구조(A)를 구비하는 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 사용함으로써, 반도체층의 두께를 얇게 한 경우라도, 전위를 효과적으로 저감하면서 또 크랙을 억제할 수 있기 때문에, 휘어짐을 저감할 수 있다. 이러한 관점에서, 비율(Hbun/Have)은 200 이하인 것이 바람직하고, 150 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 반도체층의 성막 시간을 짧게 하여, 반도체층의 사용량을 저하시키고, 환경 적합성을 도모한다는 관점에서, 비율(Hbun/Have)은 100 이하인 것이 보다 바람직하고, 50 이하인 것이 가장 바람직하다. 이상으로부터, 비율(Hbun/Have)이 소정의 범위를 만족함으로써 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 성막할 수 있는 동시에, 반도체층을 성막한 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 휘어짐을 억제할 수 있기 때문에, 고효율의 LED 칩을 생산 효율 높게 제조할 수 있다. The index of warping after forming the semiconductor layer is generally known as BOW. BOW is inversely proportional to the thickness of the
<거리(Hbu)와 평균 높이(Have)의 비율(Hbu/Have)> <Ratio of distance (Hbu) to average height (Have) (Hbu / Have)>
거리(Hbu)와 평균 높이(Have)의 비율(Hbu/Have)은 1.5≤Hbu/Have≤200을 만족한다. The ratio (Hbu / Have) of the distance (Hbu) to the average height (Have) satisfies 1.5? Hbu / Have? 200.
비율(Hbu/Have)은, 요철 구조(20)의 평균 높이(Have)와, 비도핑 제1 반도체층(31)의 평균 두께(Hbu)와의 비율을 의미하고 있고, 비율(Hbu/Have)이 클수록, 비도핑 제1 반도체층(31)의 평균 두께(Hbu)가 커진다. 비율(Hbu/Have)이 1.5 이상임으로써, 비도핑 제1 반도체층(31)에 의한 요철 구조(A)의 평탄화 정도가 크랙을 억제한 상태에서 향상된다. 이에 따라, 효과적으로, 비도핑 제1 반도체층(31) 상에 형성되는 도핑 제1 반도체층(32), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)의 성막 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다. 이 때문에, 전위가 적은 비도핑 제1 반도체층(31)의 결정성을, 도핑 제1 반도체층(32), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)에, 크랙을 억제한 상태로 반영시킬 수 있게 되어, 크랙이 억제되면서 또 내부 양자 효율(IQE)이 높은 LED용 에피택셜 웨이퍼를 생산 시간을 단축하면서 얻을 수 있다. 또한, 비율(Hbu/Have)이 2.5 이상임으로써, 비도핑 제1 반도체층(31)에 의한 요철 구조(20)의 평탄화가 보다 양호하게 되고, 이에 따라 발광 반도체층(40)의 막 두께 균등성이 개선되어, 발광 파장의 면내 균등성이 양호하게 된다. 이들 효과를 보다 발휘한다는 관점에서, 3.5 이상인 것이 가장 바람직하다. 특히, 비율(Hbu/Have)이 4 이상이라면, 요철 구조(20)의 볼록부 정상부의 비도핑 제1 반도체층(31)의 표면에의 영향을 보다 작게 할 수 있으므로, 도핑 제1 반도체층(32)의 발광 반도체층(40) 측 표면의 평탄성을 보다 양호하게 할 수 있다. 즉, 내부 양자 효율(IQE) 향상 및 크랙 억제 효과가 커진다. 같은 관점에서, 비율(Hbu/Have)은, 5 이상인 것이 바람직하고, 8 이상인 것이 보다 바람직하고, 10 이상인 것이 가장 바람직하다. 또한, 비도핑 제1 반도체층(31)의 내부에 있어서, 전위의 충돌 확률을 증가시켜, 내부 양자 효율(IQE)을 보다 높인다는 관점에서 비율(Hbu/Have)은 12 이상이 보다 바람직하고, 15 이상이 가장 바람직하다. 한편, 비율(Hbu/Have)이 200 이하임으로써, LED용 에피택셜 웨이퍼(100)의 휘어짐을 억제할 수 있다. 이것은, 이미 설명한 BOW의 관점에서 결정할 수 있다. 같은 관점에서, 비율(Hbu/Have)은 100 이하인 것이 바람직하고, 50 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 반도체층의 사용량을 저하하는 동시에, 성막 시간을 크게 단축하여, 환경 적합성을 도모한다는 관점에서, 비율(Hbu/Have)은 30 이하인 것이 가장 바람직하다. 이상으로부터, 비율(Hbu/Have)이 소정의 범위를 만족함으로써 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 성막할 수 있는 동시에, 반도체층을 성막한 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 휘어짐을 억제할 수 있기 때문에, 고효율의 LED 칩을 생산 효율 높게 제조할 수 있다. The ratio Hbu / Have means the ratio between the average height Have of the concave-
<요철 구조(20)> <Convex Structure (20)>
본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼(100)의 요철 구조(20), 즉 요철 구조(A)는, <<LED용 패턴 웨이퍼(1)>>에서 설명한 것과 같이, 실질적으로 n회 대칭의 규칙성을 갖는 요철 구조인 동시에, 볼록부 정상부가 곡율 반경 0 초과인 각부로 구성되면 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 도 8을 참조하여 설명한 듀티와 회전 시프트각(Θ)의 관계, 및 도 9를 참조하여 설명한 평균 간격(Pave)과 듀티의 관계를 만족함으로써, 크랙 억제 효과와 내부 양자 효율(IQE) 개선 효과가 커진다. 또한, 도 16을 참조하여 설명한 평균 간격(Pave)과 듀티의 관계를 만족함으로써, 광 추출 효율(LEE)도 동시에 향상시킬 수 있다. 이하, 요철 구조(20)의 더욱 바람직한 양태에 관해서 설명한다. The concavo-
요철 구조(20)는, 복수의 독립된 볼록부와 연속된 오목부로 구성되는 도트형 구조, 복수의 독립된 오목부와 연속된 볼록부로 구성되는 홀형 구조, 혹은 독립된 볼록부와 독립된 오목부를 함께 포함하는 하이브리드 구조를 들 수 있다. 그 중에서도 도트형 구조가 가장 바람직하다. 이것은, 도트형 구조임으로써, 이미 설명한 것과 같이 반도체층의 핵의 부착, 그리고 성장이 양호하게 되어, 크랙 억제 효과와 내부 양자 효율(IQE) 개선 효과가 커지기 때문이다. 도트형 구조, 홀형 구조, 혹은 하이브리드 구조에 있어서, 하나의 볼록부의 바닥부의 윤곽 형상 또는 오목부의 개구 형상은, 원형, 타원형, 울짱형, 만(卍)형, n각형(n≥3), 각부의 곡율 반경이 0 초과인 각부를 갖는 n각형(n≥3) 등을 채용할 수 있다. 그 중에서도, 원형, 타원형, 울짱형, 각부의 곡율 반경이 0 초과인 각부를 갖는 3각형이면, 성장하는 반도체층에 대하여 요철 구조(20)로부터 가해지는 응력을 저감할 수 있으므로, 크랙 억제 효과가 커진다. 특히, 원형이 가장 바람직하다. 한편, 원형은 실질적인 원형이며, 다소의 왜곡은 고려된다. The
요철 구조(20)의 평균 간격(Pave)은, 이미 설명한 것과 같이 50 nm≤Pave≤1500 nm를 만족함으로써, 크랙이 억제되면서 또 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 성막할 수 있다. 또한, LED용 에피택셜 웨이퍼로서 본 경우, 평균 간격(Pave)이 1500 nm 이하임으로써, 상기 설명한 비율(Hbun/Have) 혹은 비율(Hbu/Have)의 효과를 적합하게 발현시킬 수 있다. 이것은, 요철 구조(20)로부터 본 반도체층이 커지기 때문에, 이미 설명한 원리에 기초한 비율(Hbun/Have) 혹은 비율(Hbu/Have)의 효과가, 요철 구조(20)에 의해 흐트러지는 일이 없기 때문이다. 따라서, 내부 양자 효율(IQE) 및 크랙을 동시에 개선할 수 있다. 같은 원리에서, 1200 nm 이하인 것이 바람직하고, 1000 nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 950 nm 이하인 것이 가장 바람직하다. 한편, 하한치에 관해서는 이미 설명한 것과 같다. As described above, the average spacing Pave of the
<볼록부의 형상> <Shape of convex part>
요철 구조(20)를 구성하는 볼록부의 형상은, 이미 설명한 바와 같이 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 성장하는 반도체층의 합체라는 관점에서, 볼록부 바닥부의 직경이 볼록부 정상부의 직경보다도 큰 구조인 것이 바람직하고, 볼록부 정상부와 오목부 바닥부를 잇는 볼록부 측면부는 2 단계 이상의 경사 각도를 갖는 것이 보다 바람직하고, 경사가 변하는 점의 곡율 반경은 0 초과이고, 곡면을 형성하고 있는 것이 가장 바람직하다. 특히, LED용 에피택셜 웨이퍼로서 생각한 경우, 볼록부의 형상을 나타내는 파라미터인 종횡비, 즉 비율(Have/φave)은 0.1 이상 5.0 이하인 것이 바람직하다. 우선, 0.1 이상임으로써 발광 반도체층으로부터 발생한 광자에서 본 볼록부의 체적이 커지므로, 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. 특히, 종횡비가 0.3 이상이라면, 발광광에 대한 광 회절의 모드수를 증가시켜 산란성을 강하게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 같은 관점에서, 종횡비는 0.5 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.6 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, 종횡비가 5.0 이하임으로써, 볼록부 측면의 경사 각도를 완만하게 할 수 있다. 이에 따라, LED 칩을 얻을 때에 발생하는 파티클을 억제할 수 있다고 생각된다. 동일한 효과와 반도체층의 성막성, 특히 크랙을 억제한다는 관점에서, 종횡비는 3.0 이하인 것이 바람직하고, 2.0 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.1 이하인 것이 가장 바람직하다. As described above, the shape of the convex portion constituting the
<오목부의 바닥부> <Bottom of recess>
이미 설명한 것과 같이, 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 성장하는 반도체층의 합체라는 관점에서, 오목부 바닥부에는 평탄면이 있는 것이 바람직하다. 특히, LED용 에피택셜 웨이퍼로서 본 경우, 요철 구조(20)의 오목부 바닥부가 갖는 평탄면(이하, 「평탄면 B」라고 부름)과, 제1 반도체층(30)의 안정 성장면에 대하여 거의 평행한 면(이하, 「평행 안정 성장면」이라고 부름)이 평행한 것이 바람직하다. 이 경우, 요철 구조(20)의 오목부 근방에서의 제1 반도체층(30)의 성장성이 양호하게 되는 동시에, 성장하는 반도체층끼리의 합체에 기초한 전위 저감이 커져, 제1 반도체층(30) 내의 전위를 효과적으로 요철 구조(20)를 따라서 분산화할 수 있기 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이 향상된다. 안정 성장면이란, 성장시키는 재료에 있어서 성장 속도가 가장 느린 면을 가리킨다. 일반적으로는, 안정 성장면은 성장 도중에 패싯면으로서 나타난다는 것이 알려져 있다. 예컨대, 질화갈륨계 화합물 반도체의 경우, M면으로 대표되는 A축에 평행한 평면이 안정 성장면으로 된다. GaN계 반도체층의 안정 성장면은, 육방정 결정의 M면 (1-100), (01-10), (-1010)이며, A축에 평행한 평면의 하나이다. 한편, 성장 조건에 따라서는, GaN계 반도체의 M면 이외의 평면인 A축을 포함하는 다른 평면이 안정 성장면으로 되는 경우도 있다. As described above, it is preferable that the bottom of the concave portion has a flat surface in view of adhesion, growth of the nuclei of the semiconductor layer, and integration of the growing semiconductor layers. Particularly, in the case of the LED epitaxial wafer in this case, the flat surface (hereinafter referred to as " flat surface B ") of the bottom portion of the concave portion of the concave-
<버퍼층> ≪ Buffer layer &
버퍼층(33)의 재질로서는, AlGaN 구조, AlN 구조, AlInN 구조, InGaN/GaN 초격자 구조, InGaN/GaN 적층 구조, 혹은 AlInGaN/InGaN/GaN 적층 구조 등을 채용할 수 있다. 또한, 버퍼층의 성막에 관해서는, 성막 온도를 350℃~600℃의 범위로 할 수 있다. 이에 따라, 좁은 오목부 바닥부로부터의 성막에 관해서도, 균등성을 향상시킬 수 있다. 이들 버퍼층(33)을 사용함으로써, LED용 웨이퍼와 제1 반도체층(30)과의 격자 정수의 차를 효과적으로 줄일 수 있게 되어, 제1 반도체층(30)의 성막성 및 결정성을 개선할 수 있다. 또한, 버퍼층(33)의 막 두께는, 요철 구조(20)의 평균 높이(Have)에 대하여 1/5 이하인 것이 바람직하다. 이것은, RAMP 과정에서의 버퍼층(33)의 재확산과 재결정 거동에 관해서, 볼록부의 측면부으로의 핵의 부착을 억제하기 위해서이다. 이러한 관점에서, 버퍼층(33)의 막 두께는, 요철 구조(20)의 평균 높이(Have)에 대하여, 1/10 이하가 보다 바람직하고, 1/20 이하가 가장 바람직하다. 또한, 버퍼층(33)은, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 혹은 스퍼터링법에 의해 성막되는 것이 바람직하다. 특히, 버퍼층(33)의 균등성이 향상된다는 점에서, 스퍼터링법을 채용하는 것이 보다 바람직하다. As the material of the
<제1 반도체층> <First Semiconductor Layer>
제1 반도체층(30)의 재질은, 이하에 설명하는 비도핑 제1 반도체층(31) 및 도핑 제1 반도체층(32)에서 선택할 수 있다. 제1 반도체층(30)의 막 두께(Hbun)는, 요철 구조(20)를, 크랙을 억제하여 평탄화하는 동시에, 제1 반도체층(30) 내부의 전위를 저감하고, 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)에, 반도체로서의 성능을 반영시킴으로써 내부 양자 효율(IQE)을 향상시킨다는 관점에서, 800 nm 이상이면 바람직하다. 특히, 요철 구조(20)에 의한 전위 저감 효과를 보다 발휘한다는 관점에서, 1500 nm 이상인 것이 바람직하고, 2000 nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)에, 반도체로서의 성능을 반영시켜 내부 양자 효율(IQE)을 효과적으로 크게 한다는 관점에서, 2500 nm 이상인 것이 바람직하고, 3000 nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 4000 nm 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, 상한치는 휘어짐 및 환경 적합성의 관점에서 100000 nm 이하이면 바람직하고, 7500 nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 6500 nm 이하인 것이 가장 바람직하다. The material of the
도핑 제1 반도체층(32)은, LED의 용도에 알맞은 n형 반도체층으로서 사용할 수 있는 것이라면, 특별히 제한은 없다. 예컨대, 실리콘, 게르마늄 등의 원소 반도체, 또는 III-V족, II-VI족, VI-VI족 등의 화합물 반도체에, 적절하게 여러 가지 원소를 도핑한 것을 적용할 수 있다. 특히, n형 GaN층인 것이 바람직하다. n형 GaN층으로서는, 예컨대, NH3을 3×10-2~4.2×10-2 mol/min, 트리메틸갈륨(TMGa) 0.8×10-4~1.8×10-4 mol/min 및 Si로 대표되는 n형 도펀트를 포함하는 실란 가스를 5.8×10-9~6.9×10-9 mol/min 공급하여 형성할 수 있다. 도핑 제1 반도체층(32)의 막 두께는, 발광 반도체층(40)에의 전자 주입성의 관점에서, 800 nm 이상이면 바람직하고, 1500 nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 2000 nm 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, 상한치는, 휘어짐을 저감한다는 관점에서, 5000 nm 이하인 것이 바람직하다. 도핑 제1 반도체층(32)의 사용량을 저감하는 동시에, LED용 에피택셜 웨이퍼(200, 300)의 제조 시간을 단축한다는 관점에서, 4300 nm 이하인 것이 바람직하고, 4000 nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 3500 nm 이하인 것이 가장 바람직하다. The doped
비도핑 제1 반도체층(31)은, 도핑 제1 반도체층(32)의 n형 반도체층으로서의 성능에 지장을 초래하지 않는 범위에서 적절하게 선택할 수 있다. 예컨대, 실리콘, 게르마늄 등의 원소 반도체, 또는 III-V족, II-VI족, VI-VI족 등의 화합물 반도체를 적용할 수 있다. 특히, 비도핑 질화물층인 것이 바람직하다. 비도핑 질화물층으로서는, 예컨대, 900℃~1500℃의 성장 온도에서, 버퍼층 혹은 LED용 웨이퍼 위에, NH3와 TMGa를 공급함으로써 성막할 수 있다. 비도핑 제1 반도체층(31)의 막 두께(Hbu)는, 요철 구조(20)를 평탄화한다는 관점에서, 1000 nm 이상인 것이 바람직하다. 특히, 비도핑 제1 반도체층(31)의 내부에서 전위를 효과적으로 저감한다는 관점에서 1500 nm 이상인 것이 바람직하고, 2000 nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 2500 nm 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편 상한치는, LED용 에피택셜 웨이퍼(100)의 휘어짐을 저감한다는 관점에서 6000 nm 이하인 것이 바람직하다. 특히, LED용 에피택셜 웨이퍼(200, 300)의 제조 시간을 단축한다는 관점에서, 5000 nm 이하인 것이 바람직하고, 4000 nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 3500 nm 이하인 것이 가장 바람직하다. The undoped
한편, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 요철 구조(20) 상에 적어도 비도핑 제1 반도체층(31) 및 도핑 제1 반도체층(32)이 순차 적층되는 경우, 도핑 제1 반도체층(32) 상에 또 다른 비도핑 반도체층(2)을 형성하고, 그 위에 발광 반도체층(40)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 다른 비도핑 반도체층(2)으로서는, 상기 비도핑 제1 반도체층(31)에서 설명한 재료를 사용할 수 있다. 다른 비도핑 반도체층(2)의 막 두께는, LED용 에피택셜 웨이퍼(200, 300)의 발광성이라는 관점에서, 10 nm 이상인 것이 바람직하고, 100 nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 200 nm 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편 상한치는, 발광 반도체층(40) 내에서의 정공과 전자의 재결합이라는 관점에서, 500 nm 이하인 것이 바람직하고, 400 nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 350 nm 이하인 것이 가장 바람직하다. On the other hand, when at least the non-doped
<발광 반도체층> <Light-emitting semiconductor layer>
발광 반도체층(40)으로서는, 반도체 발광 소자(예컨대, LED)로서 발광 특성을 갖는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 발광 반도체층(40)으로서, AsP, GaP, AlGaAs, InGaN, GaN, AlGaN, ZnSe, AlHaInP, ZnO 등의 반도체층을 적용할 수 있다. 또한, 발광 반도체층에는, 적절하게 특성에 따라서 여러 가지 원소를 도핑하여도 좋다. 발광 반도체층(40)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 활성층이다. 예컨대, 600℃~850℃의 성장 온도에서, 질소를 캐리어 가스로서 사용하고, NH3, TMGa 및 트리메틸인듐(TMIn)을 공급하여, INGaN/GaN으로 이루어지는 활성층을, 100Å~1250Å의 두께로 성장시킬 수 있다. 또한, 다중 양자 우물 구조의 경우, 하나의 층을 구성하는 InGaN에 관해서, In 원소 농도를 변화시킬 수도 있다. 또한, 발광 반도체층(40)과 제2 반도체층(50) 사이에 전자 블록층을 설치할 수 있다. 전자 블록층은 예컨대 p-AlGaN로 구성된다. The light emitting
<제2 반도체층의 재질> ≪ Material of Second Semiconductor Layer >
제2 반도체층(50)으로서는, LED의 용도에 알맞은 p형 반도체층으로서 사용할 수 있는 것이라면, 특별히 제한은 없다. 예컨대, 실리콘, 게르마늄 등의 원소 반도체, 및 III-V족, II-VI족, VI-VI족 등의 화합물 반도체에, 적절하게 여러 가지 원소를 도핑한 것을 적용할 수 있다. 예컨대, p형 GaN층의 경우, 성장 온도를 900℃ 이상으로 상승시키고, TMGa 및 CP2Mg을 공급하여, 수백~수천 Å의 두께로 성막할 수 있다. The
<LED용 패턴 웨이퍼(1)의 재질> ≪ Material of
LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 재질은, LED용 패턴 웨이퍼(1)로서 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한은 없다. 사파이어, 실리콘카바이드(SiC), 질화실리콘(Si3N4), 질화갈륨(GaN), 구리텅스텐(W-Cu), 실리콘, 산화아연, 산화마그네슘, 산화망간, 산화지르코늄, 산화망간아연철, 산화마그네슘알루미늄, 붕화지르코늄, 산화갈륨, 산화인듐, 산화리듐갈륨, 산화리듐알루미늄, 산화네오디뮴갈륨, 산화란탄스트론튬알루미늄탄탈, 산화스트론튬티탄, 산화티탄, 하프늄, 텅스텐, 몰리브덴, GaP 또는 GaAs 등의 기판을 이용할 수 있다. 그 중에서도 제1 반도체층(30)과의 격자 매칭의 관점에서, 사파이어, GaN, GaP, GaAs, 실리콘카바이드, 실리콘, 스피넬(예컨대, MgAl2O4로 대표되는 절연성 기판) 등을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 단일체로 이용하여도 좋고, 이들을 이용한 LED용 웨이퍼 상에 별도의 웨이퍼를 설치한 헤테로 구조의 웨이퍼로 하여도 좋다. 예컨대, LED용 웨이퍼에, C면(0001)을 주면으로 하는 사파이어 웨이퍼를 이용할 수 있다. 이 경우, GaN계 반도체층의 안정 성장면인 M면은, 사파이어 웨이퍼 A면 (11-20), (1-210), (-2110)에 평행한 면이다. The material for the LED pattern wafers (1) (10) is not particularly limited as long as it can be used as the pattern wafers (1) for LED. Sapphire, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4), gallium nitride (GaN), copper tungsten (W-Cu), silicon, zinc oxide, magnesium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, manganese oxide ahyeoncheol oxide, A substrate made of magnesium aluminum, boron zirconium, gallium oxide, indium oxide, lithium aluminum oxide, neodymium oxide gallium oxide, lanthanum strontium aluminum tantalum oxide, strontium titanium oxide, hafnium tungsten, molybdenum, GaP or GaAs Can be used. Among them, sapphire, GaN, GaP, GaAs, silicon carbide, silicon, spinel (for example, an insulating substrate typified by MgAl 2 O 4 ) or the like is preferably applied from the viewpoint of lattice matching with the
LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 2 인치φ, 4 인치φ, 6 인치φ 및 8 인치φ를 들 수 있다. 이들은, 원반형이라도, 오리엔테이션 플랫이 붙은 형상이라도 좋다. 여기서, 요철 구조(A)의 효과를, 반도체층의 성막 현상으로부터 보아 평균화하여, 양질의 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조한다는 관점에서, 그리고 상기 설명한 효과 중, LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐 저감 효과를 양호하게 발휘한다는 관점에서, 4 인치φ 혹은 6 인치φ인 것이 바람직하다. The size of the
또한, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)는, 적어도 제1 반도체층(30)을 적층한 후의 공정에서 제거하여도 좋다. LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 제거함으로써, 도파 모드의 어지럽히기 효과가 커지기 때문에, 광 추출 효율(LEE)이 크게 향상된다. 이 경우, LED의 발광광의 출광면은, 발광 반도체층(40)으로부터 볼 때 제1 반도체층(30) 측이면 바람직하다. The
<투명 도전층> ≪ Transparent conductive layer &
투명 도전층(60)은 제2 반도체층(50) 상에 형성된다. 투명 도전층(60)으로서는, 예컨대, 투과성 산화막이며, ITO(In2O3-SnO2), ZnO, RuOx, TiOx, IrOx, SnOx, AZnO(ZnO-Al2O3), IZnO(In2O3-ZnO), GZO(ZnO-Ga2O3) 혹은 InxOy 중 적어도 하나 이상으로 형성된다. 또한, 투명 도전층(60)은, 진공증착법, 스퍼터링법 혹은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 형성할 수 있다. A transparent
<애노드 전극> <Anode electrode>
애노드 전극(70)은 투명 도전층(60) 상에 설치된다. 애노드 전극(70)으로서는, 상술한 투명 도전층(60)에 기재한 투과성 산화막 또는 투명 금속을 사용할 수 있다. 투과성 산화막을 채용한 경우, 애노드 전극(70)과 투명 도전층(60)과의 계면을 소실시킬 수도 있다. 또한, 투명 금속으로서는, Ni, Co, Fe, Ti, Cu, Rh, Au, Ru, W, Zr, Mo, Ta, Pt 및 이들의 산화물 혹은 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 합금 또는 다층막을 들 수 있다. 특히, Ni 위에 Au가 적층된 다층막이 접착력의 점에서 바람직하다. 또한, 예컨대, Ni 위에 Au가, 상기 Au 위에 RhO가 적층된 다층막을 채용할 수도 있다. The
<캐소드 전극> <Cathode Electrode>
캐소드 전극(80)은, 제2 반도체층(50) 측으로부터 제1 반도체층(30)을 에칭하여, 노출된 제1 반도체층(30) 표면에 형성된다. 예컨대, 금, 은, 티탄 혹은 크롬 등의 금속이나 금속 산화물을 사용할 수 있다. 특히, 금속 다층막이 바람직하다. The
<반사막> <Reflective film>
LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 요철 구조(20)와 반대의 면 위에, 반사막을 형성할 수 있다. 반사막을 형성함으로써, 요철 구조(20)에 의한 광 추출 효율(LEE)을 보다 크게 할 수 있게 된다. 반사막의 반사율은, 발광 반도체층(40)의 발광 파장으로 80% 이상이 바람직하고, 90% 이상이 보다 바람직하고, 91% 이상이 가장 바람직하다. 예컨대, 유전체 다층막을 사용할 수 있다. 유전체 다층막이란, 굴절율이 다른 2 이상의 유전체를 교대로 적층한 다층막이다. 예컨대, ZrO2, AlN, Nb2O3 혹은 Ta2O3과 SiO2를 페어(pair)수 3~8로 적층할 수 있다. A reflective film can be formed on the surface opposite to the concave-
<요철 구조(20)의 제작 방법>≪ Manufacturing method of concave and
이상, 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼(100) 및 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)에 관해서 설명했다. 이어서, 요철 구조(20)의 제작 방법에 관해서 설명한다. The
전사법, 포토리소그래피법, 열리소그래피법, 전자선묘화법, 간섭노광법, 나노 입자를 마스크로 한 리소그래피법, 자기 조직화 구조를 마스크로 한 리소그래피법 등에 의해 제조할 수 있다. 특히, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 요철 구조(20)의 가공 정밀도나 가공 속도의 관점에서, 전사법을 채용하면 바람직하다. For example, a transfer method, a photolithography method, a thermal lithography method, an electron characterization method, an interference exposure method, a lithography method using a nanoparticle as a mask, a lithography method using a self-organized structure as a mask, or the like. Particularly, from the viewpoints of processing precision and processing speed of the concavo-
본 명세서에서의 전사법이란, 표면에 미세 패턴을 구비한 몰드의, 미세 패턴을 LED용 웨이퍼(요철 구조(20)를 제작하기 전의 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10))에 전사하는 공정을 포함하는 방법으로서 정의한다. 즉, 몰드의 미세 패턴과 LED용 웨이퍼를 전사재를 통하여 접합하는 공정과, 몰드를 박리하는 공정을 적어도 포함하는 방법이다. 이 방법을 채용함으로써, 용이하게 상기 설명한 회전 시프트각(Θ)을 만족할 수 있다. 보다 구체적으로, 전사법은 두 가지로 분류할 수 있다. 첫째로, LED용 웨이퍼에 전사 부여된 전사재를 영구제로서 사용하는 경우이다. 이 경우, LED용 웨이퍼와 요철 구조(20)를 구성하는 재료는 다르게 된다. 또한, 요철 구조(20)는 영구제로서 남아, LED용 에피택셜 웨이퍼(100)로서 사용되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 제1 반도체층(30)의 성장성을 담보하기 위해서, 부분적으로 LED용 웨이퍼의 표면이 노출되는 방법을 채용하면 바람직하다. 즉, LED용 웨이퍼의 표면에 대하여 전사재가 부분적으로 배치되고, 부분적으로 배치된 전사재가 제1 반도체층(30)의 성장을 저해하는 마스크로서 기능하는 상태이다. LED는, 수만 시간으로 장기간에 걸쳐 사용하므로, 전사재를 영구제로서 사용하는 경우, 전사재를 구성하는 재료는 금속 원소를 포함하면 바람직하다. 특히, 가수분해·중축합 반응을 일으키는 금속 알콕시드나, 금속 알콕시드의 축합체를 원료에 포함함으로써, 영구제로서의 성능이 향상되기 때문에 바람직하다. 보다 바람직하게는, 증착이나 스퍼터와 같은 진공 프로세스에 의해 성막된 SiO2로 대표되는 마스크 재료를 전사 부여하는 방법이다. 나아가서는, LED용 웨이퍼 상에 부분적으로 전사법에 의해 마스크를 형성하고, 이어서 증착이나 스퍼터에 의해 SiO2로 대표되는 무기물을 성막한다. 그 후, 전사법에 의해 제작한 마스크를 제거함으로서, 무기물을 LED용 웨이퍼 상에 패터닝할 수도 있다. 혹은, LED용 웨이퍼의 주면에 대하여 무기물의 층을 미리 성막하고, 이 무기물의 층을 전사법으로 가공함에 의해서도 얻을 수 있다. 상술한 것과 같은 LED용 웨이퍼와 요철 구조(20)의 재질이 다른 경우, 요철 구조(20)로서는, 금속 알루미늄, 비정질 산화알루미늄, 다결정 산화알루미늄, 다결정 사파이어, 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 은(Ag), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au) 혹은 백금(Pt) 중, 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물을 채용하는 것이 가장 바람직하다. 이에 따라, 상기 설명한, 회전 시프트각(Θ)의 효과를 남김없이 발휘할 수 있다. The transfer method in this specification refers to a step of transferring a fine pattern of a mold having a fine pattern on its surface onto a wafer for LED (pattern wafers (1) (10) for LED before fabricating concave and convex structures (20)) . That is, the method includes at least a step of bonding the fine pattern of the mold and the wafer for LED via the transfer material, and a step of peeling the mold. By employing this method, the above-described rotation shift angle? Can be easily satisfied. More specifically, transfer law can be divided into two categories. First, a case where a transfer material transferred to a wafer for LED is used as a permanent agent. In this case, the materials constituting the wafer for LED and the concavo-
둘째로, 나노 임프린트 리소그래피법을 들 수 있다. 나노 임프린트 리소그래피법은, 몰드의 미세 패턴을 LED용 웨이퍼 상에 전사하는 공정과, 에칭에 의해 LED용 웨이퍼를 가공하기 위한 마스크를 형성하는 공정과, LED용 웨이퍼를 에칭하는 공정을 포함하는 방법이다. 예컨대, 전사재를 1 종류 이용하는 경우, 우선 LED용 웨이퍼와 몰드를, 전사재를 통하여 접합한다. 이어서, 열이나 빛(UV)에 의해 전사재를 경화시키고, 몰드를 박리한다. 전사재로 구성되는 요철 구조에 대하여 산소 애싱으로 대표되는 에칭을 행하여, LED용 웨이퍼를 부분적으로 노출시킨다. 그 후, 전사재를 마스크로 하여, 에칭에 의해 LED용 웨이퍼를 가공한다. 이 때의 가공 방법으로서는, 건식 에칭 및 습식 에칭을 채용할 수 있다. LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 요철 구조(20)의 높이(h)를 높게 하고 싶은 경우는 건식 에칭이 유용하다. 또한, 예컨대 전사재를 2 종류 이용하는 경우, 우선 LED용 웨이퍼 상에 제1 전사재층을 성막한다. 이어서, 제1 전사재층과 몰드를, 제2 전사재를 통해 접합한다. 그 후, 열이나 빛(UV)에 의해 전사재를 경화시키고, 몰드를 박리한다. 제2 전사재로 구성되는 요철 구조에 대하여 산소 애싱으로 대표되는 에칭을 행하여, 제1 전사재를 부분적으로 노출시킨다. 이어서, 제2 전사재층을 마스크로 하여, 제1 전사재층을 건식 에칭에 의해 에칭한다. 그 후, 전사재를 마스크로 하여, 에칭에 의해 LED용 웨이퍼를 가공한다. 이 때의 가공 방법으로서는, 건식 에칭 및 습식 에칭을 채용할 수 있다. 요철 구조(20)의 높이(h)를 높게 하고 싶은 경우는 건식 에칭이 유용하다.Second, nanoimprint lithography can be used. The nanoimprint lithography method is a method including a step of transferring a fine pattern of a mold onto a wafer for LED, a step of forming a mask for processing the wafer for LED by etching, and a step of etching the wafer for LED . For example, when one type of transfer material is used, the LED wafer and the mold are first bonded through a transfer material. Then, the transfer material is cured by heat or light (UV), and the mold is peeled off. The concave and convex structure composed of the transfer material is subjected to etching represented by oxygen ashing to partially expose the LED wafer. Thereafter, the LED wafer is processed by etching using the transfer material as a mask. As a processing method at this time, dry etching and wet etching can be employed. When it is desired to increase the height h of the concavo-
또한, 나노 임프린트 리소그래피법으로서, 이하에 설명하는 잔막 처리가 불필요한 나노 가공 시트법을 채용할 수도 있다. 몰드의 요철 구조면 위에, 희석한 마스크층(2) 재료를 도공하여, 용제를 제거한다. 본 조작에 의해, 몰드의 오목부 내부에 마스크층(2)을 배치할 수 있다. 몰드의 오목부 내부에 마스크층(2)을 내포한 몰드의, 요철 구조 상에 희석한 마스크층(1) 재료를 도공하여, 용제를 제거한다. 본 조작에 의해, 몰드의 오목부 내부에 마스크층(2)이 충전되어, 요철 구조 및 마스크층(2)을 충전하고 또 평탄화하도록 마스크층(1)을 성막할 수 있다. 이에 따라, 나노 가공 시트가 제조된다. 이어서, 나노 가공 시트의 마스크층(1)을 LED용 웨이퍼에 라미네이션한다. 이어서, UV광으로 대표되는 에너지선을 조사하여, 몰드를 박리한다. 얻어진 마스크층(2)/마스크층(1)/LED용 웨이퍼에 대하여, 마스크층(2)면 측에서 건식 에칭을 실시하여, LED용 웨이퍼를 부분적으로 노출시킨다. 이어서, 마스크층 너머 에칭을 행함으로써, LED용 웨이퍼를 가공하여, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 제조할 수 있다. 특히, 나노 가공 시트법을 채용함으로써, 요철 구조의 배열 방향을, 그 시트를 접합시키는 방향에서 제어할 수 있다. 예컨대, 나노 가공 시트를 조출하고, 권취하는 장치에 셋트한다. 이어서, LED용 웨이퍼를 로드한다. 이때의, LED용 웨이퍼의 오리엔테이션 플랫의 위치를 검지하여, 제어한다. 그리고, 로드한 LED용 웨이퍼에 나노 가공 시트를 접합시킨다. 즉, 나노 가공 시트는, 기계적으로 일정 방향으로 접합되게 되는데, 접합시키는 대상인 LED용 웨이퍼의 방향이 제어됨으로써, 회전 시프트각(Θ)을 용이하게 제어할 수 있다. 이 때의, 회전 시프트각(Θ)의 분해능은 ±1°였다. As the nanoimprint lithography method, a nano-processed sheet method which does not require the residual film processing described below may be employed. The diluted mask layer (2) material is coated on the uneven structure surface of the mold to remove the solvent. By this operation, the
이상 설명한 것과 같이, 전사법을 채용함으로써, 몰드의 미세 패턴을 LED용 웨이퍼에 반영시킬 수 있기 때문에, 양호한 LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 얻을 수 있다. As described above, by adopting the transfer method, it is possible to reflect the fine pattern of the mold on the LED wafer, so that the
나노 임프린트 리소그래피법이나 나노 가공 시트법으로 대표되는 전사법을 적용함으로써, LED용 웨이퍼의 주면 상에, 요철 구조(20)를 가공 형성하기 위한 마스크층을 전사 형성할 수 있다. 여기서, 상기 마스크층을 사용하여, 요철 구조(20)를 제조할 때의, 건식 에칭법에 관해서, 설명한다. 특히, LED용 웨이퍼 상에 형성되는 마스크층이 2층 이상의 마스크층인 경우에 유효하게 된다. 예컨대, LED용 웨이퍼의 주면 측으로부터, 유기 레지스트/무기 레지스트의 순으로 적층되고, 이 유기 레지스트 및 무기 레지스트로 구성되는 요철 구조를 표면에 갖는 마스크층을 사용하는 경우, 이하에 설명하는 건식 에칭법의 효력이 최대한으로 발현된다. A mask layer for processing and forming the concave-
이하의 설명에서는, LED용 웨이퍼의 주면 상에, LED용 웨이퍼를 건식 에칭 가공하여 요철 구조(20)를 형성하기 위해서 사용하는 마스크층이 배치된 적층체를, 에칭 피가공재라고 부른다. 이 에칭 피가공재는, LED용 웨이퍼 상에, 패턴 폭이 5 ㎛ 이하이고 종횡비 0.1~5.0인 패턴을 갖는 마스크층을 갖춘 에칭 피가공재이며, 에칭 가공시에 사용하는 배치 부재 상에 에칭 피가공재가 배치되었을 때의 전체의 열 저항치가 6.79×10-3(㎡·K/W) 이하인 것이 바람직하다. 열 저항치는, 부재의 두께를, 부재를 구성하는 재료의 열 전도율(λ)로 나눈 값이다. In the following description, the laminate on which the mask layer used to form the concave-
이러한 구성에 의해, 에칭 가공시에 발생하는 열에 의한 마스크층에 대한 에칭 손상이 저감되어, 에칭에 의해 원하는 요철 구조(20)를 갖는 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제조할 수 있다. 또한, 이 에칭 피가공재의 구성 요소인 배치 부재를 반송 부재로서 사용함으로써, 건식 에칭 공정에 있어서 스루풋을 향상시킬 수 있다. With this structure, the etching damage to the mask layer due to heat generated at the time of etching is reduced, and the patterned
에칭 피가공재는, 배치 부재의 배치 영역 상에 배치한다. 또한, 배치 부재의 배치 영역 상에 직접 에칭 피가공재를 배치하여도, 전열 시트와 같은 다른 부재를 통해 에칭 피가공재를 배치하여도 좋다. 어떻든 간에, 전체의 열 저항치가 6.79×10-3(㎡·K/W) 이하인 것이 중요하다. 여기서, 전체의 열 저항치란, 배치 부재의 배치 영역 상에 에칭 피가공재를 전열 시트를 통해 배치한 경우를 예로 들면, 배치 영역에 있어서의 배치 부재의 열 저항치, 에칭 피가공재의 열 저항치, 및 배치 영역에 있어서의 전열 시트의 열 저항치의 합이다. 한편, 전열 시트는 다른 부재로 바꿔 읽을 수 있다. 또한, 전열 시트로 대표되는 다른 부재를 사용하지 않는 경우는, 전열 시트의 열 저항치를 0으로 하면 된다. The etch process material is disposed on the arrangement region of the arrangement members. Furthermore, even if the etching-material to be processed is disposed directly on the arrangement region of the arrangement member, the etching-processed material may be disposed through another member such as a heat-transfer sheet. Regardless, it is important that the total thermal resistance value is 6.79 x 10 -3 (
열 저항치는, 부재의 두께를, 부재를 구성하는 재료의 열 전도율(λ)로 나눈 값이다. 즉, 열 저항치 R(㎡·K/W)는, 부재의 두께 d(m)/부재의 열 전도율 λ(W/m·K)로 계산되는 값이다. 전체의 열 저항치가 R≤6.79×10-3(㎡·K/W)가 되도록 에칭 피가공재를 구성하는 부재나 층의 재료나 두께, 배치 부재를 구성하는 재료나 두께를 조정한다. 바꿔 말하면, 전체의 열 저항치(R)의 범위를 만족하는 조건을 적용하여 건식 에칭을 행함으로써, 정밀도 높게 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제조할 수 있다. 전체의 열 저항치는, R≤3.04×10-3(㎡·K/W) 이하인 것이 보다 바람직하고, R≤1.21×10-3(㎡·K/W) 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또, 전체의 열 저항치(R)의 하한은 0≤R인 것이 바람직하다. 한편, 열 저항치에 관해서는, 레이저 플래시법에 의해 간편하게 측정할 수 있다. The thermal resistance value is a value obtained by dividing the thickness of the member by the thermal conductivity (?) Of the material constituting the member. That is, the heat resistance value R (
배치 부재의 두께(d)에 관해서는, 열 저항치의 관점에서는 하한은 없지만, 배치 부재의 두께(d)가 지나치게 작으면, 배치 부재의 반송시 등에 파손되어 버릴 가능성이 있기 때문에, 내구성을 갖는 범위, 예컨대 0.001 m 이상을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 열 저항치의 관점에서 생각되는 두께(d)에는 상한치가 있는데, 동시에 반송시의 작업성이나 비용면의 관점에서 배치 부재의 두께(d)는 0.05 m 이하가 바람직하다. Regarding the thickness d of the arrangement member, there is no lower limit from the viewpoint of the thermal resistance value. However, if the thickness d of the arrangement member is too small, there is a possibility that the arrangement member is damaged during transportation of the arrangement member. , For example, 0.001 m or more. In addition, there is an upper limit for the thickness d, which is considered from the viewpoint of the thermal resistance value. At the same time, the thickness d of the arrangement member is preferably 0.05 m or less from the viewpoints of workability and cost in transportation.
배치 부재는, 에칭 피가공재를 배치하는 부재이며, 에칭 피가공재를 고정 또는 반송하기 위한 반송 트레이로서 사용할 수 있다. 배치 부재를 이용함으로써, 건식 에칭 장치의 진공 반응조에 에칭 피가공재를 반송할 때에 에칭 피가공재의 위치 어긋남을 저감할 수 있고, 또한, 복수의 에칭 피가공재를 동시에 반송할 수 있기 때문에 스루풋이 높아진다. 배치 부재를 구성하는 재료로서는, 예컨대 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 스테인레스 등의 금속 재료, 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC), 질화실리콘(SiN), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아 산화물(ZrO2), 이트리아 산화물(Y2O3) 등의 세라믹스, 알루마이트로 피복한 실리콘이나 알루미늄, 표면에 세라믹스를 용사한 실리콘이나 알루미늄, 수지 재료로 피복한 실리콘이나 알루미늄 등의 금속 재료를 들 수 있다. 이들 재료는, 상기 전체의 열 저항치(R)의 조건을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 건식 에칭 가스에 대하여, 퇴적성이 높은 반응물이 발생하지 않는 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 예를 들면, 실리콘(Si), 석영(SiO2)이나 알루미늄(Al)은 배치 부재의 입수성 및 가공성이 높다는 점, 탄화실리콘(SiC), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아 산화물(ZrO2), 이트리아 산화물(Y2O3)이나, 이들 중 어느 1종 이상으로 피복된 무기 부재는 특히 퇴적성이 높은 반응물이 발생하기 어렵다는 점에서 바람직하다. 한편, 여기서 사용되는 무기 부재란, 구체적으로는, 예컨대, 실리콘(Si)이나 알루미늄과 같은 가공성이 높은 금속 재료이다. 이러한 무기 부재에, 탄화실리콘(SiC) 등의 퇴적성이 높은 반응물이 발생하지 않는 재료를 피복함으로써, 가공 용이성 및 건식 에칭에의 대응성을 양립할 수 있다. 또한, 이 경우, 질화알루미늄(AlN) 등은, 피복시에 100%가 질화알루미늄(AlN)으로 되는 것은 아니고, 일부가 알루미나(Al2O3) 등으로 되고, 피복층은 혼합물로 되는 경우가 있다. 따라서, 「이들 중 어느 1종 이상으로 피복된」의 기재에는, 이와 같이, 어떤 재료로 피복하고자 했을 때에, 다른 재료가 혼재되는 경우가 포함되는 것을 의미하고 있다. The arrangement member is a member for arranging the etch material to be processed and can be used as a conveyance tray for fixing or conveying the etch material to be etched. By using the arrangement member, it is possible to reduce the positional deviation of the etch material to be processed when the etch material to be processed is conveyed to the vacuum reaction tank of the dry etching apparatus. Further, since the plurality of etch materials to be processed can be simultaneously conveyed, the throughput is increased. As the material of the positioning element, such as silicon (Si), aluminum (Al), a metal material such as stainless steel, quartz (SiO 2), silicon carbide (SiC), silicon nitride (SiN), alumina (Al 2 O 3) , Ceramics such as aluminum nitride (AlN), zirconia oxide (ZrO 2 ) and yttria oxide (Y 2 O 3 ), silicon or aluminum coated with an alumite, silicon or aluminum coated with ceramics on the surface thereof, And metal materials such as silicon and aluminum. These materials are not particularly limited as long as the condition of the total heat resistance value R is satisfied, but it is preferable to select a material from which a reactant with high deposition property is not generated in the dry etching gas. More preferably, silicon (Si), quartz (SiO 2 ), and aluminum (Al) have a high availability and workability of the arrangement member, silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ) AlN), zirconia oxide (ZrO 2 ), yttria oxide (Y 2 O 3 ), or an inorganic member coated with at least one of them is preferable in view of difficulty in producing reactants with high deposition properties. On the other hand, the inorganic material used here is concretely a metal material having high workability such as silicon (Si) or aluminum. By covering the inorganic member with a material such as silicon carbide (SiC) that does not generate highly accumulative reactants, both ease of processing and responsiveness to dry etching can be achieved. In this case, aluminum nitride (AlN) or the like may not be made of aluminum nitride (AlN) at 100% at the time of covering, partly be made of alumina (Al 2 O 3 ) or the like, and the coating layer may be a mixture . Thus, the term " coated with any one or more of them " means that a case where different materials are mixed together when a material is to be coated is meant to be included.
배치 부재의 형상으로서는, 상기 전체의 열 저항치(R)의 조건을 만족하면 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 박판 원 형상이나 박판 각 형상 등을 들 수 있다. 배치 부재의 표면은 평탄할 필요는 없고, 에칭 피가공재를 수용하기 위한 오목부(구멍파기, 포켓)가 형성되어 있어도 좋다. 또한, 배치 부재는, 단일의 재료로 구성되어 있을 필요는 없고, 2 종류 이상의 재료로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 배치 부재는, 단일 구조물로 형성될 필요는 없고, 토대 부분과 에칭 피가공재의 일부를 덮음으로써 에칭 피가공재를 고정하는 덮개와 같은 2 종류 이상의 구조물을 조합시켜 구성되어도 좋다. The shape of the arrangement member is not particularly limited as long as the condition of the total heat resistance value R is satisfied, and examples thereof include a thin plate circle shape and a thin plate shape. The surface of the disposing member need not be flat, but may have recesses (hole breaking, pockets) for accommodating the etching-processed material. The arrangement member is not necessarily composed of a single material, but may be composed of two or more kinds of materials. The arrangement member does not need to be formed as a single structure but may be formed by combining two or more kinds of structures such as a base portion and a lid for fixing an etching-processed material by covering a part of the etch-processed material.
상기 설명한 열 저항치(R)의 범위를 만족하는 건식 에칭 처리에 의해 에칭 손상을 저감할 수 있다. 이에 따라, 정밀도가 높은 요철 구조(A)를 갖는 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제조할 수 있다. 여기서, 마스크층으로서는, 이미 설명한 것과 같이 2층 이상의 마스크층이 바람직하고, 이것은, 나노 가공 시트법 혹은 2층 이상 레지스트에 대한 나노 임프린트법에 의해 용이하게 제작할 수 있다. 특히, 나노 가공 시트를 사용함으로써, 정밀도 높은 2층 이상의 마스크층을 형성할 수 있다. The etching damage can be reduced by the dry etching process that satisfies the range of the thermal resistance value R described above. As a result, the patterned
예컨대, 전사법을 적용하여, LED용 웨이퍼의 주면 상에 2층 레지스트를 얻는다. 예컨대, LED용 웨이퍼에 가까운 측으로부터, 유기 레지스트/무기 레지스트의 순으로 성막되어, 적어도 무기 레지스트가 요철 구조를 형성하고 있다고 하자. 이 경우, 우선, 나노 임프린트법의 경우는, 무기 레지스트에 존재하는 잔막 및 유기 레지스트를 부분적으로 제거할 필요가 있고, 나노 가공 시트법의 경우는, 유기 레지스트만을 부분적으로 제거하면 된다. 이 공정을 잔막 제거 공정이라고 한다. 잔막 제거 공정에서는, 예컨대, O2 가스, H2 가스, Xe 가스 및 Ar 가스의 적어도 1종을 포함하는 가스에 의한, 반응성 에칭을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 에칭 압력으로서 0.1 Pa~5 Pa이면, 가공 정밀도가 향상된다. 특히, O2 가스만, 혹은 O2 가스에 Ar 가스를 50 체적% 이하 첨가한 가스를 사용함으로써, 가공 정밀도가 향상된다. 이에 따라, LED용 웨이퍼 상에, 종횡비가 높은 미세 패턴 마스크를 형성할 수 있다. For example, a transfer method is applied to obtain a two-layer resist on the main surface of the LED wafer. For example, it is assumed that the organic resist / inorganic resist film is formed in order from the side near the LED wafer, and at least the inorganic resist forms a concave-convex structure. In this case, first, in the case of the nanoimprint method, it is necessary to partially remove the residual film existing in the inorganic resist and the organic resist, and in the case of the nano-processed sheet method, only the organic resist may be partially removed. This process is referred to as a residual film removal process. In the residual film removing step, reactive etching is preferably used, for example, by a gas containing at least one of O 2 gas, H 2 gas, Xe gas and Ar gas. For example, when the etching pressure is 0.1 Pa to 5 Pa, the processing accuracy is improved. In particular, by using only the O 2 gas or a gas containing 50 vol% or less of Ar gas in the O 2 gas, the processing accuracy is improved. As a result, a fine pattern mask having a high aspect ratio can be formed on the wafer for LED.
이 미세 패턴 마스크 형성 공정에서는, 반드시 배치 부재를 사용할 필요는 없고, 상기 전체의 열 저항치(R)의 범위가 되도록 각 부재의 재료와 형상을 선택할 필요도 없다. In this step of forming a fine pattern mask, it is not always necessary to use a disposing member, and it is not necessary to select the material and shape of each member so as to be within the range of the total heat resistance value R.
LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(20)의 가공 정밀도를 향상시키는 에칭 방법은, LED용 웨이퍼 상에, 패턴 폭 5 ㎛ 이하이고 종횡비 0.1~5.0의 패턴을 갖는 마스크층을 구비하는 에칭 피가공재를 얻고, 배치 부재 상에 에칭 피가공재를 배치하여, 전체의 열 저항치(R)가 6.79×10-3(㎡·K/W) 이하인 상태에서, 마스크층을 마스크로 하여 LED용 웨이퍼를 에칭한다. 이에 따라, 미세 패턴 마스크에 대한 에칭 손상이 억제되기 때문에, 에칭 과정에 있어서의, 미세 패턴 마스크의 에칭 균등성이 유지되고, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(20)의 정밀도가 향상된다. The etching method for improving the processing accuracy of the concavo-
LED용 웨이퍼를 에칭한다고 하는 관점에서, 염소계 가스나 프론계 가스를 이용한 에칭을 할 수 있다. LED용 웨이퍼를 반응성 에칭하기가 용이한 프론계 가스(CxHzFy:x=1~4, y=1~8, z=0~3 범위의 정수) 중, 적어도 1종을 포함하는 혼합 가스를 사용한다. 프론계 가스로서는 예컨대, CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F6, C4F8, CH2F2, CH3F 등을 들 수 있다. 또한, LED용 웨이퍼의 에칭 레이트를 향상시키기 위해서, 프론계 가스에 Ar 가스, O2 가스 및 Xe 가스를, 가스 유량 전체의 50% 이하 혼합한 가스를 사용한다. 프론계 가스로서는 반응성 에칭하기가 어려운 LED용 웨이퍼(난(難)에칭 기재)나 퇴적성이 높은 반응물이 발생해 버리는 LED용 웨이퍼를 에칭하는 경우는, 반응성 에칭이 가능한 염소계 가스 중 적어도 1종을 포함하는 혼합 가스를 사용한다. 염소계 가스라면, 예컨대, Cl2, BCl3, CCl4, PCl3, SiCl4, HCl, CCl2F2, CCl3F 등을 들 수 있다. 또한 난에칭 기재의 에칭 레이트를 향상시키기 위해서, 염소계 가스에 O2 가스, Ar 가스 또는 O2 가스와 Ar 가스와의 혼합 가스를 첨가하여도 좋다. From the viewpoint of etching the wafer for LED, etching using chlorine-based gas or fluorine-based gas can be performed. A mixed gas containing at least one of fluorine-based gases (CxHzFy: x = 1 to 4, y = 1 to 8, and z = 0 to 3) easy to reactively etch the LED wafer is used . Examples of the fluorine-based gas include CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 6 , C 4 F 8 , CH 2 F 2 and CH 3 F. In order to improve the etching rate of the wafer for LED, a gas obtained by mixing Ar gas, O 2 gas and Xe gas in the flon gas with 50% or less of the total gas flow rate is used. As the fluorine-based gas, it is difficult to etch an LED wafer (a difficult-etching substrate) that is difficult to be reactive etched or an LED wafer that generates a highly-deposited reactant. In the case of etching an LED wafer, at least one kind of reactive gas- Is used. Examples of the chlorinated gas include Cl 2 , BCl 3 , CCl 4 , PCl 3 , SiCl 4 , HCl, CCl 2 F 2 , CCl 3 F and the like. Further, a mixed gas of an O 2 gas, an Ar gas, or an O 2 gas and an Ar gas may be added to the chlorine gas in order to improve the etching rate of the etching base material.
에칭시의 압력은, 반응성 에칭에 기여하는 이온 입사 에너지가 커지고, LED용 웨이퍼의 에칭 레이트가 향상되기 때문에, 0.1 Pa~20 Pa인 것이 바람직하고, 0.1 Pa~10 Pa인 것이 보다 바람직하다. The pressure at the time of etching is preferably 0.1 Pa to 20 Pa and more preferably 0.1 Pa to 10 Pa since the ion incident energy contributing to reactive etching is increased and the etching rate of the LED wafer is improved.
또한, 프론계 가스(CxHzFy:x=1~4, y=1~8, z=0~3 범위의 정수)의 C와 F의 비율(y/x)이 다른 프론계 가스 2종을 혼합하고, LED용 웨이퍼의 에칭 측벽을 보호하는 플루오로카본막의 퇴적량을 증감시킴으로써, LED용 웨이퍼로 제작되는 미세 패턴의 테이퍼 형상의 각도를 구별지어 만들 수 있다. LED용 웨이퍼에 대한 마스크의 형상을, 건식 에칭에 의해 보다 정밀하게 제어하는 경우, F/C≥3의 프론 가스와, F/C<3의 프론 가스의 유량의 비율을, 95 sccm:5 sccm~60 sccm:40 sccm으로 하는 것이 바람직하고, 70 sccm:30 sccm~60 sccm:40 sccm이면, 보다 바람직하다. 가스의 총 유량이 변화된 경우에도, 상기한 유량의 비율은 변하지 않는다. Further, two fluorine-based gases having different ratios (y / x) of C and F in the fluorine gas (CxHzFy: x = 1 to 4, y = 1 to 8 and z = 0 to 3) , It is possible to distinguish the angle of the tapered shape of the fine pattern made of the LED wafer by increasing or decreasing the deposition amount of the fluorocarbon film protecting the etching side wall of the LED wafer. When the shape of the mask for the LED wafer is more precisely controlled by dry etching, the ratio of the flow rate of F / C? 3 furon gas to the flow rate of F / C < 3 is 95 sccm: 5 sccm To 60 sccm: 40 sccm, and more preferably 70 sccm: 30 sccm to 60 sccm: 40 sccm. Even when the total flow rate of the gas is changed, the ratio of the flow rate does not change.
또한, 프론계 가스 및 Ar 가스의 혼합 가스와, O2 가스 또는 Xe 가스의 혼합 가스는, 반응성 에칭 성분과 이온 입사 성분이 적량인 경우에, LED용 웨이퍼의 에칭 레이트가 향상된다고 하는 관점에서, 가스 유량의 비율 99 sccm:1 sccm~50 sccm:50 sccm이 바람직하고, 보다 바람직하게는 95 sccm:5 sccm~60 sccm:40 sccm, 더욱 바람직하게는 90 sccm:10 sccm~70 sccm:30 sccm이다. 또한, 염소계 가스 및 Ar 가스의 혼합 가스와, O2 가스 또는 Xe 가스와의 혼합 가스는, 반응성 에칭 성분과 이온 입사 성분이 적량인 경우에, LED용 웨이퍼의 에칭 레이트가 향상된다고 하는 관점에서, 가스 유량의 비율 99 sccm:1 sccm~50 sccm:50 sccm이 바람직하고, 보다 바람직하게는 95 sccm:5 sccm~80 sccm:20 sccm, 더욱 바람직하게는 90 sccm:10 sccm~70 sccm:30 sccm이다. 가스의 총 유량이 변화된 경우에도, 상기한 유량의 비율은 변하지 않는다. From the viewpoint that the etching rate of the wafer for LED is improved when the mixed gas of the front system gas and the Ar gas and the mixed gas of the O 2 gas and the Xe gas are in a proper amount of the reactive etching component and the ion incident component, The flow rate of the gas flow rate is preferably 99 sccm: 1 sccm to 50 sccm: 50 sccm, more preferably 95 sccm: 5 sccm to 60 sccm: 40 sccm, more preferably 90 sccm: 10 sccm to 70 sccm: 30 sccm to be. From the viewpoint that the etching rate of the wafer for LED is improved when the mixed gas of the chlorine gas and the Ar gas and the mixed gas of the O 2 gas and the Xe gas are in a proper amount of the reactive etching component and the ion incident component, The flow rate of the gas flow rate is preferably 99 sccm: 1 sccm to 50 sccm: 50 sccm, more preferably 95 sccm: 5 sccm to 80 sccm: 20 sccm, more preferably 90 sccm: 10 sccm to 70 sccm: 30 sccm to be. Even when the total flow rate of the gas is changed, the ratio of the flow rate does not change.
또한, 염소계 가스를 이용한 LED용 웨이퍼의 에칭에는, BCl3 가스만, 또는 BCl3 가스 및 Cl2 가스의 혼합 가스와 Ar 가스 또는 Xe 가스와의 혼합 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 이들 혼합 가스는, 반응성 에칭 성분과 이온 입사 성분이 적량인 경우에, LED용 웨이퍼의 에칭 레이트가 향상된다고 하는 관점에서, 가스 유량의 비율 99 sccm:1 sccm~50 sccm:50 sccm이 바람직하고, 99 sccm:1 sccm~70 sccm:30 sccm이 보다 바람직하고, 99 sccm:1 sccm~90 sccm:10 sccm이 더욱 바람직하다. 가스의 총 유량이 변화된 경우에도, 상기한 유량의 비율은 변하지 않는다. It is preferable to use only BCl 3 gas or a mixed gas of BCl 3 gas and Cl 2 gas and a mixed gas of Ar gas or Xe gas for etching the LED wafer using chlorine-based gas. From the viewpoint that the etching rate of the wafer for LED is improved when the reactive etching component and the ion incident component are in a proper amount, these gas mixtures preferably have a gas flow rate ratio of 99 sccm: 1 sccm to 50 sccm: 50 sccm, More preferably 99 sccm: 1 sccm to 70 sccm: 30 sccm, and more preferably 99 sccm: 1 sccm to 90 sccm: 10 sccm. Even when the total flow rate of the gas is changed, the ratio of the flow rate does not change.
플라즈마 에칭으로서는, 용량 결합형 RIE, 유도 결합형 RIE, 유도 결합형 RIE 또는 이온 인입 전압을 이용하는 RIE를 이용할 수 있다. 예컨대, CHF3 가스만, 또는 CF4 및 C4F8를 가스 유량 비율 90 sccm:10 sccm~60 sccm:40 sccm 사이에서 혼합한 가스를 이용하고, 처리 압력을 0.1~5 Pa의 범위에서 설정하면서 또한 용량 결합형 RIE 또는 이온 인입 전압을 이용하는 RIE를 이용한다. 또한, 예컨대, 염소계 가스를 이용하는 경우는 BCl3 가스만, 또는 BCl3 가스와 Cl2 가스 혹은 Ar 가스를 가스 유량 비율 95 sccm:5 sccm~85 sccm:15 sccm 사이에서 혼합한 가스를 이용하고, 처리 압력을 0.1~10 Pa의 범위에서 설정하면서 또한 용량 결합형 RIE, 유도 결합형 RIE 또는 이온 인입 전압을 이용하는 RIE를 이용한다. As the plasma etching, a capacitive coupled RIE, an inductively coupled type RIE, an inductively coupled type RIE, or an RIE using an ion attracting voltage can be used. For example, a gas obtained by mixing only CHF 3 gas or CF 4 and C 4 F 8 at a gas flow rate ratio of 90 sccm: 10 sccm to 60 sccm: 40 sccm is used, and the processing pressure is set in the range of 0.1 to 5 Pa While RIE using capacitive coupled RIE or ion pull-in voltage is used. Further, for example, in the case of using the chlorine-based gas is BCl 3 gas only, or BCl 3 gas and Cl 2 gas or Ar gas, the gas flow rate 95 sccm: 5 sccm ~ 85 sccm : using the mixed gas between 15 sccm and RIE in which a process pressure is set in a range of 0.1 to 10 Pa and a dose-coupled RIE, an inductively coupled RIE or an ion attracting voltage is used.
또한, 예컨대, 염소계 가스를 이용하는 경우는 BCl3 가스만, 또는 BCl3 가스와 Cl2 가스 혹은 Ar 가스를 가스 유량 비율 95 sccm:5 sccm~70 sccm:30 sccm 사이에서 혼합한 가스를 이용하고, 처리 압력을 0.1 Pa~10 Pa의 범위에서 설정하면서 또한 용량 결합형 RIE, 유도 결합형 RIE 또는 이온 인입 전압을 이용하는 RIE를 이용한다. 또한, 에칭에 이용하는 혼합 가스의 가스 총 유량이 변화된 경우에도, 상기한 유량의 비율은 변하지 않는다. Further, for example, in the case of using the chlorine-based gas is BCl 3 gas only, or BCl 3 gas and Cl 2 gas or an Ar gas Gas flow rate 95 sccm: 5 sccm ~ 70 sccm : using the mixed gas between 30 sccm and RIE using capacitive coupling type RIE, inductively coupled type RIE, or ion attracting voltage is used while setting the processing pressure in the range of 0.1 Pa to 10 Pa. Further, even when the total gas flow rate of the mixed gas used for etching is changed, the above-mentioned flow rate ratio does not change.
이 LED용 웨이퍼의 건식 에칭 공정에서는, 상기 전체의 열 저항치(R)의 범위가 되는 에칭 피가공재의 상태에서, LED용 웨이퍼에 대하여 에칭을 행한다. 이와 같이 하여 LED용 웨이퍼를 건식 에칭함으로써, 높은 스루풋을 확보하면서, 패턴 폭은 5 ㎛ 이하이고, 종횡비가 0.1부터 5.0의 범위인 미세 패턴 마스크를 마스크로 한 경우라도, 건식 에칭 손상을 저감하여 상정한 대로 LED용 웨이퍼에 요철 구조를 형성할 수 있다. In the dry etching process of the LED wafer, the LED wafer is etched in the state of the etch processed material which is in the range of the total thermal resistance value (R). Thus, even when a fine pattern mask having a pattern width of 5 mu m or less and an aspect ratio of 0.1 to 5.0 is used as a mask, the dry etching damage can be reduced by dry etching the LED wafer in this way, As a result, a concave-convex structure can be formed on the wafer for LED.
미세 패턴 마스크 형성 공정과 LED용 웨이퍼의 건식 에칭 공정은 동 장치로 연속 처리를 하여도 좋다. 이 경우, 미세 패턴 마스크 형성 공정에서도 배치 부재를 사용하여, 상기 전체의 열 저항치(R)의 범위를 만족하도록 각 재료나 형상을 선택하면 된다. The process of forming the fine pattern mask and the dry etching process of the wafer for LED may be continuously performed by the same apparatus. In this case, the material and the shape may be selected so as to satisfy the range of the total thermal resistance value R using the arrangement member in the process of forming the fine pattern mask.
<<LED용 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법>><< Manufacturing Method of Epitaxial Wafer for LED >>
이어서, LED용 에피택셜 웨이퍼(100)의 제조 방법에 관해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 LED용 에피택셜 웨이퍼(100)는, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 요철 구조(20) 상에, 상기 설명한 비율(Hbun/Have) 및/또는 비율(Hbu/Have)을 만족하도록 제1 반도체층(30), 발광 반도체층(40) 및 제2 반도체층(50)을 순차 성막함으로써 제조할 수 있다. 특히, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 준비하는 공정과, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)에 대하여 광학 측정을 하는 공정과, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)를 사용하여 LED용 에피택셜 웨이퍼(100)를 제조하는 공정을 이 순서로 포함하면 바람직하다. 이 경우, LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 정밀도를 미리 평가할 수 있기 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이나 광 추출 효율(LEE)의 향상 정도를 사전에 예측할 수 있게 된다. 광학 측정으로서는, 반사광을 검출하는 것과 투과광을 검출하는 것 쌍방을 채용할 수 있다. 특히, 범용성이 높은 장치를 전용할 수 있으므로, 투과광을 검출하는 경우는, 헤이즈(HAZE)를 측정하는 것이 바람직하다. 한편, 요철 구조(20)의 정밀도를 보다 정확하게 판단한다는 관점에서, 반사광을 검출하는 방식이 바람직하다. 이 경우, 요철 구조(A)의 배열이나 크기에 의해, 정반사 성분 또는 확산 반사 성분의 어느 것을 검지하는지를 적절하게 설정할 수 있다. 정반사 성분을 이용함으로써, 요철 구조(20)의 윤곽 형상의 정밀도를 평가할 수 있게 되고, 확산 반사 성분을 이용함으로써, 요철 구조(20)의 체적 정밀도를 평가할 수 있게 된다. 어느 것을 채용할지는, 사용하는 요철 구조(20)와 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 확산 반사 성분과 정반사 성분과의 비율이나, (확산 반사 성분-정반사 성분), (확산 반사 성분-정반사 성분)/정반사 성분, (확산 반사 성분-정반사 성분)/확산 반사 성분 등을 사용할 수도 있다. 상기 광학 측정에서는, 광원의 파장을, 요철 구조(20)의 평균 간격(Pave)보다 크게 함으로써, 요철 구조(20)의 불량을 효과적으로 평가할 수도 있다. Next, a manufacturing method of the
이상 설명한 것과 같이, LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용함으로써, 회전 시프트각(Θ) 및 볼록부 정상부 형상의 효과가 발현되어, 반도체층에 대한 크랙을 양호하게 억제할 수 있다. 그리고, 내부 양자 효율(IQE)을 효과적으로 개선할 수 있다. 여기서, 이하에 설명하는 LED용 패턴 웨이퍼(2)를 사용함으로써, 상기 설명한 효과를 유지하면서 또한 광 추출 효율(LEE)을 보다 개선할 수 있다. LED용 패턴 웨이퍼(2)는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 더하여 또 다른 요철 구조(L)를 형성하는 것을 특징으로 한다. 이 요철 구조(L)에 의해, 강한 광산란성을 부여하여, 광 추출 효율(LEE)을 보다 향상시킬 수 있게 된다. As described above, by using the patterned
LED용 패턴 웨이퍼(2)에 관해서, 요철 구조(A)는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 기재한 요철 구조(A)에 상당한다. 바꿔 말하면, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대하여, 한층 더 요철 구조로서 요철 구조(L)를 부가한 것이 LED용 패턴 웨이퍼(2)이다. 이 때문에, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대한 효과에 더하여, 새롭게 부가한 요철 구조(L) 에 의한 효과를 발현하게 된다. 따라서, 크랙을 효과적으로 억제하고, 반도체층의 결정 품질을 크게 향상시키는 것, 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키는 것에 더하여, 광 추출 효율(LEE)을 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다. Regarding the
이하, LED용 패턴 웨이퍼(2)에 관해서 상세히 설명한다. 한편, 이미 설명한 것과 같이 LED용 패턴 웨이퍼(2)는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대하여, 한층 더 요철 구조(L)를 부가한 것이다. 따라서, 이하의 설명에서는, 이 부가한 요철 구조(L)의 설명을 주로 한다. 이 때문에, LED용 패턴 웨이퍼(2)의 다른 구성 요건이나, LED용 패턴 웨이퍼(2)를 사용한 LED용 에피택셜 웨이퍼, LED용 패턴 웨이퍼(2)를 사용한 LED 칩 및 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 제조 방법에 대한 상세한 설명은 생략하지만, 이들에 관해서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 그것을 그대로 적용할 수 있게 한다. Hereinafter, the patterned wafer for
또한, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 기재에서 설명한 정의는, LED용 패턴 웨이퍼(2)에서도 적용된다. The definitions described in the description of the
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)는, 주면에, 실질적으로 n회 대칭의 배열을 갖는 요철 구조(A)와, 상기 요철 구조(A)와는 다른, 실질적으로 m회 대칭의 배열을 갖는 요철 구조(L)를 구비하고, 상기 요철 구조(A)의 적어도 일부는, 상기 주면 내에서의 LED용 패턴 웨이퍼(2) 결정축 방향에 대한 상기 요철 구조(A)의 배열축 A의 회전 시프트각(Θ)이 0°<Θ≤(180/n)°를 만족하는 것을 특징으로 한다. 바꿔 말하면, 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)는, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)가 있는 면 위에, 요철 구조(A)와는 다른, 실질적으로 m회 대칭의 배열을 갖는 요철 구조(L)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. The patterned
이 구성에 따르면, LED용 패턴 웨이퍼(2)를 사용한 LED용 에피택셜 웨이퍼의 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키는 동시에, LED용 패턴 웨이퍼(2)의 요철 구조를 갖는 면(이하, 요철 구조면이라고 함) 상에 성막되는 반도체층 속의 크랙을 억제할 수 있다. 또한, LED로부터 효율적으로 발광한 빛을 LED의 외부로 추출할 수 있다. 바꿔 말하면, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 효과를 발현하는 동시에, 또한 요철 구조(L)에 의한 광 추출 효율(LEE)의 향상을 실현할 수 있다. According to this configuration, the internal quantum efficiency (IQE) of the epitaxial wafer for LEDs using the patterned
우선, LED용 패턴 웨이퍼의 요철 구조(A)는, 이미 설명한 LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)이므로, 같은 원리에 의해, 크랙을 저감한 반도체층을 성막할 수 있게 되고, 이에 따라 고품위의 반도체 결정을 얻을 수 있다. 또한, LED용 에피택셜 웨이퍼의 내부 양자 효율(IQE)을 개선할 수 있다. 이하, 요철 구조(A)의 효과라고 기재하지만, 이것은, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)에 의한 효과와 동일한 효과로 바꿔 읽을 수 있다. First, since the concavo-convex structure A of the patterned wafer for LED is the concavo-convex structure A of the patterned
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)에서는, 상기 요철 구조(L)는, 제1의 평균 간격(PL)을 갖는 복수의 볼록부 및 오목부로 구성되고, 상기 요철 구조(A)는, 상기 요철 구조(L)를 구성하는 상기 볼록부 및 상기 오목부의 적어도 한쪽의 표면 상에 형성되고, 제2 평균 간격(PA)을 갖는 복수의 볼록부 및 오목부로 구성되는 동시에, 상기 제1 평균 간격(PL)과 상기 제2 평균 간격(PA)의 비율(PL/PA)은, 1초과 2000 이하인 것이 바람직하다. 여기서 제2 평균 간격(PA)이란, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 평균 간격(Pave)을 가리킨다. In the patterned
이 구성에 따르면, 요철 구조(A)의 효과가, 요철 구조(L)에 의해 억제되는 것을 억지하면서, 요철 구조(A)와 요철 구조(L)의 발광광으로부터 본 차를 크게 할 수 있다. 즉, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 기능을 효과적으로 발현시키고, 동시에, 광 추출 효율(LEE)을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 광 추출 효율(LEE)은, 요철 구조(L)에 의한, 큰 광학적 산란성의 부여에 의한 것이다. According to this configuration, it is possible to increase the difference seen from the luminescent light of the concavo-convex structure A and the concave-convex structure L while suppressing the effect of the concavo-convex structure A by the concavo-convex structure L. [ That is, the function of the patterned
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)에서는, 상기 요철 구조(L)를 구성하는 복수의 상기 볼록부는 상호 이격되어 있는 동시에, 적어도 상기 요철 구조(L)를 구성하는 복수의 상기 오목부의 바닥부에 상기 요철 구조(A)를 구성하는 상기 볼록부 또는 상기 오목부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. In the patterned
이 구성에 따르면, 특히, 요철 구조(A) 효과의 발현이 양호하게 된다. 요철 구조(L)의 오목부에 요철 구조(A)가 형성됨으로써, 요철 구조(L)의 오목부의 바닥부로부터 우선적으로 반도체층을 성장시킬 수 있다. 여기서, 상기 오목부의 바닥부에는 요철 구조(A)가 형성되므로, 이미 설명한 원리에 의해, 크랙의 억제와 내부 양자 효율(IQE)의 개선을 효과적으로 실현할 수 있다. According to this constitution, particularly the effect of the concavo-convex structure (A) is improved. The semiconductor layer can be preferentially grown from the bottom of the concave portion of the concave-convex structure L by forming the concave-convex structure A in the concave portion of the concave-convex structure L. [ Here, since the concave-convex structure A is formed at the bottom of the concave portion, the crack can be suppressed and the internal quantum efficiency (IQE) can be effectively improved by the principle already described.
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)에서는, 상기 요철 구조(L)를 구성하는 복수의 상기 오목부는 상호 이격되어 있는 동시에, 적어도 상기 요철 구조(L)를 구성하는 복수의 상기 볼록부의 정상부에 상기 요철 구조(A)를 구성하는 상기 볼록부 또는 상기 오목부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. In the patterned
이 구성에 따르면, 특히 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. 평균 간격이 보다 큰 요철 구조(L)의 볼록부의 정상부에 요철 구조(A)가 형성됨으로써, 요철 구조(L)의 볼록부 정상부에서 성장하는 반도체층에 대하여, 크랙 억제 효과와 내부 양자 효율(IQE) 개선 효과를 발현할 수 있다. 이 경우, 요철 구조(L)의 오목부에 반도체층의 성막되지 않는 공간을 형성할 수 있게 된다. 이 공간은 반도체층에서 볼 때 굴절율이 매우 작다. 즉, 굴절율의 차를 크게 할 수 있기 때문에, 광학적 산란성이 커져, 광 추출 효율(LEE)이 보다 향상된다. 또한, LED용 패턴 웨이퍼(2)를 제거하는 것도 용이하게 되기 때문에, LED의 종류에 따라서는, 레이저 리프트 오프를 적합하게 작용시킬 수 있다. According to this configuration, especially the light extraction efficiency (LEE) can be improved. The cracking suppression effect and the internal quantum efficiency IQE (IQE) are improved for the semiconductor layer grown at the convex portion of the concave-convex structure L by forming the concave-convex structure A at the top of the convex portion of the concave- ) Improvement effect can be exhibited. In this case, a space in which the semiconductor layer is not formed can be formed in the concave portion of the concavo-convex structure L. This space has a very small refractive index when viewed from the semiconductor layer. That is, since the difference in refractive index can be increased, the optical scattering property is increased and the light extraction efficiency (LEE) is further improved. In addition, since it is easy to remove the
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)에서는, 상기 요철 구조(A)의, 상기 요철 구조(L)에 대한 피복율이 0% 초과 100% 미만인 것이 바람직하다. In the patterned
이러한 구성에 의해, 피복율이 0% 초과함으로써, 상술한 요철 구조(A)에 의한 효과, 즉, 크랙의 억제와 내부 양자 효율(IQE)의 개선을 발휘할 수 있다. 한편, 피복율이 100% 미만임으로써, 반도체층의 핵의 부착과 성장성을 양호하게 유지할 수 있다. 이 때문에, 반도체층의 성장성이 양호하게 되어, 크랙을 억제하고, 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 성막할 수 있다. With this configuration, when the coating rate exceeds 0%, the effect of the concavo-convex structure (A) described above, that is, the crack can be suppressed and the internal quantum efficiency (IQE) can be improved. On the other hand, when the coating rate is less than 100%, the nucleation and growth of the semiconductor layer can be well maintained. As a result, the growth of the semiconductor layer becomes good, the crack can be suppressed, and the semiconductor layer having a high internal quantum efficiency (IQE) can be formed.
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)에서는, 상기 요철 구조(A)는, 제1의 평균 간격(PA)을 갖는 복수의 볼록부 및 오목부로 구성되고, 상기 요철 구조(L)는, 상기 요철 구조(A)의 표면 상에 상기 요철 구조(A)가 일부 노출되도록 상호 이격되어 형성되고, 제2 평균 간격(PL)을 갖는 복수의 볼록부로 구성되는 동시에, 상기 제1 평균 간격(PA)과 상기 제2 평균 간격(PL)의 비율(PL/PA)은, 1 초과 2000 이하인 것이 바람직하다. 여기서 제1 평균 간격(PA)이란, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 평균 간격(Pave)을 가리킨다. In the patterned
이러한 구성에 따르면, 요철 구조(A)의 효과를 발현하는 동시에, 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. 우선, LED용 패턴 웨이퍼(2)는, 그 표면에 요철 구조(A)를 갖는 동시에, 요철 구조(A)는 노출부를 포함하므로, 이미 설명한 원리에 의해, 크랙이 억제되고, 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 성막할 수 있게 된다. 이어서, 요철 구조(A)의 표면 상에 요철 구조(L)가 형성된다. 이 요철 구조(L)는 요철 구조(A)에 비해서 그 평균 간격이 크다. 따라서, 광학적 산란성이 강하게 된다. 즉, 크랙이 억제된 반도체층을 성막할 수 있는 동시에, 상기 반도체층의 전위는 저감되고 있으므로 내부 양자 효율(IQE)이 커진다. 그리고, 높은 내부 양자 효율(IQE)에 의해 효과적으로 발광한 빛을, 광학적 산란성에 의해 LED의 외부로 추출할 수 있게 된다.According to this configuration, the effect of the concavo-convex structure (A) can be exhibited and the light extraction efficiency (LEE) can be improved. First, the
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)에서는, 상기 요철 구조(A)의 평균 간격(PA)은, 50 nm 이상 1500 nm 이하인 것이 바람직하다. 여기서 평균 간격(PA)이란, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 평균 간격(Pave)을 가리킨다. In the patterned
이 구성에 따르면, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 원리에서, 요철 구조(A)에 의한 효과가 보다 향상된다. According to this configuration, the effect of the concavo-convex structure (A) is further improved in the principle described for the pattern wafer for LED (1).
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)에서는, 상기 요철 구조(A)의 볼록부 바닥부의 평균 폭(φave)과 상기 평균 간격(PA)과의 비율인 듀티(φave/PA)를 이용했을 때에, 상기 회전 시프트각(Θ)은 atan(듀티/2)°≤Θ≤(180/n)°의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. In the patterned
이 구성에 따르면, LED용 패턴 웨이퍼(1)와 같은 원리에서, 요철 구조(A)의 효과가 보다 현저하게 된다. 따라서, 내부 양자 효율(IQE)이 보다 향상되고, 반도체층에 생기는 크랙이 효과적으로 억제된다. According to this configuration, the effect of the concavo-convex structure (A) becomes more conspicuous on the same principle as the patterned wafer (1) for LED. Therefore, the internal quantum efficiency IQE is further improved, and the cracks in the semiconductor layer are effectively suppressed.
이하의 설명에서, 요철 구조(A) 및 요철 구조(L)를 동시에 기재하는 경우, 요철 구조(AL)라는 표현을 사용한다. 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)는, 표면에 요철 구조(AL)을 구비한다. 요철 구조(AL)는 LED용 웨이퍼의 일 주면이 가공된 것이라도, LED용 웨이퍼의 일 주면 상에 별도 형성된 것이라도 좋다. 즉, LED용 웨이퍼를 구성하는 재료와 요철 구조(A) 및/또는 요철 구조(L)를 구성하는 재료는 동일하더라도 다르더라도 좋다. 여기서, 요철 구조(A)는 실질적으로 n회 대칭의 배열을 갖는 것이며, 이미 설명한 회전 시프트각(Θ)이 소정의 범위를 보이는 동시에, 그 볼록부 정상부의 형상은 곡율 반경이 0 초과인 각부이다. 한편, 볼록부 정상부의 형상은, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 이미 설명한 것과 같이, 크기가 100 nm 이하인 테이블 톱을 포함할 수도 있다.In the following description, when concave and convex structures A and L are described at the same time, the expression concave and convex structure (AL) is used. The patterned
이어서, 요철 구조(A)의 배열과 요철 구조(L)의 배열의 관계에 관해서 설명한다. 이미 설명한 것과 같이, 요철 구조(A)는 회전 시프트각(Θ)이 소정 범위를 만족하도록 LED용 웨이퍼 상에 형성된다. 여기서, 요철 구조(L)의 배열축 L의 LED용 패턴 웨이퍼에 대한 회전 시프트각은 특별히 한정되지 않지만, 이하의 범위를 만족함으로써 내부 양자 효율(IQE)과 크랙의 억제 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 한편, 이하의 설명에서는, 요철 구조(A)의 배열축 A에 대한 회전 시프트각(Θ)을 ΘA라고 표기하고, 요철 구조(L)의 배열축 L에 대한 회전 시프트각(Θ)을 ΘL로 하여 표기한다. 또한, 회전 시프트각(ΘL)은, 회전 시프트각(ΘA)의 정의 설명에서의, 요철 구조(A)를 요철 구조(L)로, 배열축 A을 배열축 L로 각각 바꿔 읽음으로써 정의할 수 있다. Next, the relationship between the arrangement of the concavo-convex structure (A) and the arrangement of the concavo-convex structure (L) will be described. As described above, the concavoconvex structure A is formed on the wafer for LED so that the rotational shift angle? Is within a predetermined range. Here, the rotational shift angle of the arrangement axis L of the concavoconvex structure L with respect to the LED pattern wafer is not particularly limited, but the internal quantum efficiency IQE and the crack suppressing effect can be further improved by satisfying the following range . In the following description, the rotational shift angle? With respect to the arrangement axis A of the concavoconvex structure A is denoted by? A and the rotational shift angle? With respect to the arrangement axis L of the concavoconvex structure L is denoted by? L . The rotation shift angle? L can be defined by reading the concavo-convex structure A in the concavo-convex structure L and reading the array axis A in the array axis L in the definition of the rotation shift angle? have.
회전 시프트각(ΘL)과 회전 시프트각(ΘA)의 차인 ΔΘ(=|ΘL-ΘA|)은, 0°≤ΔΘ≤(180/n)°의 범위를 만족한다. 특히, 0°≤ΔΘ≤atan(듀티/2)°를 만족함으로써 내부 양자 효율(IQE)과 크랙 억제 효과가 한층 더 커진다. 한편, 듀티는, 요철 구조(A)의 듀티이다. 이것은, 요철 구조(A)에 의해 개선된 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 성장하는 반도체층의 합체에 있어서, 반도체층이 성장할 때의 반도체층이 만드는 면과 요철 구조(L)의 볼록부의 위치 관계가 적절하게 되기 때문이다. ? (= |? L -? A |) which is the difference between the rotation shift angle? L and the rotation shift angle? A satisfies the range of 0 占??? (180 / n). Particularly, satisfying the condition of 0 deg. DELTA &thetas; &le; attan (duty / 2 DEG) further increases the internal quantum efficiency IQE and the crack suppression effect. On the other hand, the duty is the duty of the concavoconvex structure A. This is because, in the adhesion of the nucleus of the semiconductor layer improved by the concavo-convex structure (A), the growth, and the merging of the growing semiconductor layers, the surface of the semiconductor layer and the convexity This is because the positional relationship becomes appropriate.
보다 구체적으로는, 요철 구조(L)의 배열축 L과, 반도체층의 성장에 의해 형성되기 쉬운 면이 만드는 각도가 작아지기 때문에, 성장하는 반도체층에 대한 요철 구조(L)로부터 가해지는 응력을 저감할 수 있다. 이에 따라, 반도체층의 성장성을 양호하게 유지할 수 있기 때문에, 성장하는 반도체층끼리의 합체가 양호하게 되고, 전위가 방향을 바꿔 저감되는 동시에, 크랙을 억제할 수 있다. 그 중에서도, 0°≤ΘL≤atan(듀티/2)°를 만족함으로써, 상기 효과가 한층 더 발휘되기 때문에 바람직하다. 특히, 0°≤ΘL≤[atan(듀티/2)°]/2를 만족함으로써 성장하는 반도체층이 통과하는 요철 구조(L)의 볼록부의 밀도가 균등화되기 때문에, 반도체층 성장의 혼란을 억제할 수 있으므로 바람직하다. 동일한 효과로부터, 가장 바람직하게는 0°≤ΘL≤[atan(듀티/2)°]/4를 만족하는 것이다. 한편, atan(듀티/2)°≤ΔΘ≤(180/n)°를 만족함으로써 LED를 칩화할 때에 생기는 파티클의 양을 감소시킬 수 있다고 생각된다. 이것은, 이 범위를 만족하는 경우, LED를 칩화할 때의 할단(割斷) 방향에서 볼 때의, 요철 구조(L)의 볼록부의 수가 감소하기 때문이다. 그 중에서도, atan(듀티/2)°≤ΘL≤(180/n)°를 만족함으로써 상기 효과가 한층 더 발휘되기 때문에 바람직하다. More specifically, since the angle formed by the arrangement axis L of the concave-convex structure L and the surface which is likely to be formed by the growth of the semiconductor layer becomes small, the stress applied from the concavoconvex structure L to the growing semiconductor layer is Can be reduced. As a result, the growth of the semiconductor layer can be maintained favorably, so that the semiconductor layers to be grown are well integrated, the potential is reversed and reduced, and cracks can be suppressed. Among them, it is preferable to satisfy 0 占 Θ L? Atan (duty / 2) 占 because the above effects can be further exerted. Particularly, since the density of convex portions of the concave-convex structure L through which the semiconductor layer to be grown passes is equalized by satisfying 0 占 Θ L? [Atan (duty / 2) 占] / 2, confusion of semiconductor layer growth is suppressed It is preferable. From the same effect, it is most preferable that 0??? L? [Atan (duty / 2)?] / 4 is satisfied. On the other hand, it is considered that the amount of particles generated when the LED is chipped can be reduced by satisfying atan (duty / 2)????? (180 / n) This is because the number of convex portions of the concavo-convex structure L decreases when viewed in the cutting direction when the LED is chipped when the range is satisfied. Of these, it is preferable that the above effect is further exerted by satisfying atan (duty / 2) DEG &le; L (180 / n) DEG.
요철 구조(A)는 실질적으로 n회 대칭의 배열을 가지며, 이미 설명한 회전 시프트각(ΘA)을 만족한다. 한편, 요철 구조(L)는 실질적으로 m회 대칭의 배열을 갖는다. 요철 구조(L)에 대한 회전 시프트각(ΘL) 및 회전 시프트각(ΘA)과 회전 시프트각(ΘL)의 관계(ΔΘ)는 이미 설명한 것과 같다. 또한, 요철 구조(A)의 회전 대칭 차수 n과 요철 구조(L)의 회전 대칭 차수 m은 동일하더라도 다르더라도 좋다. 즉, 예컨대, 요철 구조(A)의 회전 대칭 차수 n과 요철 구조(L)의 회전 대칭 차수의 조합을 (n,m)으로 기재하면, (6,6), (6,4), (6,2), (4,6), (4,4), (4,2), (2,6), (2,4) 또는 (2,2) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 요철 구조(A)의 기능과 요철 구조(L)의 기능을 보다 양호하게 발현한다는 관점에서, (6,6), (4,6), (2,6), (6,2), (4,2) 또는 (2,2)인 것이 바람직하고, (6,6), (4,6) 또는 (2,6)인 것이 가장 바람직하다. The concavoconvex structure A has a substantially symmetrical arrangement n times, and satisfies the previously described rotation shift angle? A. On the other hand, the concavo-convex structure L has an arrangement substantially symmetrical m times. The relationship between the rotation shift angle? L and the rotation shift angle? A and the rotation shift angle? L with respect to the concavoconvex structure L is the same as that already described. The rotational symmetry degree n of the concave-convex structure A and the rotational symmetry degree m of the concave-convex structure L may be the same or different. (6, 6), (6, 4), (6), and (6), the combination of the rotational symmetry order n of the concave- convex structure A and the rotational symmetry order of the concave- , 2), (4,6), (4,4), (4,2), (2,6), (2,4) or (2,2). (6,6), (4,6), (2,6), (6,2), and (6,2) are preferable from the viewpoint of more satisfactorily developing the function of the uneven structure (A) , (4,2) or (2,2), and most preferably (6,6), (4,6) or (2,6).
(요철 구조(L))(Concavo-convex structure (L))
이어서 요철 구조(L)에 관해서 설명한다. 요철 구조(L)의 주된 기능은 광 추출 효율(LEE)의 향상이다. 그 때문에, LED의 발광광에 대하여, 효과적으로 광학적 산란성(광 산란 혹은 광 회절) 현상 또는 반사 현상을 일으키는 구조인 것이 바람직하며, 이하에 설명하는 요철 구조(L)를 채용할 수 있다. Next, the concave-convex structure L will be described. The main function of the concavo-convex structure L is to improve the light extraction efficiency (LEE). Therefore, it is preferable that the light emitting structure of the LED effectively causes optical scattering (light scattering or light diffraction) phenomenon or reflection phenomenon, and the concavo-convex structure L described below can be employed.
요철 구조(L)의 평균 간격(PL)은, 광학적 산란성(광 회절 또는 광 산란) 또는 반사를 효과적으로 발현시킨다는 관점에서, 요철 구조(A)의 평균 간격(PA)보다도 큰 범위에서, 즉, 평균 간격(PL)>평균 간격(PA)을 만족하는 동시에, 1000 nm 이상 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 특히, 광회절성을 보다 강하게 발현하고, 효과적으로 도파 모드를 어지럽혀 광 추출 효율(LEE)을 향상시킨다는 관점에서, 평균 간격(PL)은 1200 nm 이상인 것이 바람직하고, 1500 nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 2000 nm 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, 상한치는 요철 구조(L) 제조 시간, 반도체층의 사용량의 관점에서 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 20 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 10 ㎛ 이하인 것이 가장 바람직하다. The average spacing PL of the concavo-convex structures L is preferably in a range larger than the average spacing PA of the concave-convex structures A from the viewpoint of effectively expressing optical scattering properties (light diffraction or light scattering) It is preferable that the interval PL> the average interval PA be satisfied, and at the same time, it is preferably 1000 nm or more and 100 m or less. In particular, the average interval PL is preferably 1200 nm or more, more preferably 1,500 nm or more, and more preferably 1,500 nm or more, from the viewpoint of manifesting the optical diffraction property more effectively and effectively disturbing the waveguide mode and improving the light extraction efficiency (LEE) And most preferably at least 2000 nm. On the other hand, the upper limit value is preferably 50 m or less, more preferably 20 m or less, and most preferably 10 m or less in view of the production time of the concavo-convex structure L and the amount of the semiconductor layer used.
요철 구조(L)의 볼록부 정상부의 폭은, 요철 구조(L)의 재질에 상관없이, 후술하는 도 27A 및 도 27B에 도시하는 것과 같이, 요철 구조(L)의 볼록부(703)에 요철 구조(A)가 형성되는 경우라면, 특별히 한정되지 않는다. 이것은, 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)의 재질이 다른 경우, LED용 웨이퍼(702)의 노출하는 면에서 제1 반도체층이 성장하기 때문이다. 한편, 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)의 재질이 동일한 경우, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부에서 발생하는 전위를, 요철 구조(A)에 의해 저감하는 것이 가능하기 때문이다. 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)의 재질이 동일한 경우, 요철 구조(A)의 요철 구조(L)에 대한 배치에 상관없이, 내부 양자 효율(IQE) 및 광 추출 효율(LEE)을 향상시킨다는 관점에서, 요철 구조(L)의 볼록부 정상부의 폭과 요철 구조(L)의 오목부 개구부의 폭의 비율(볼록부 정상부의 폭/오목부 개구부의 폭)은, 작을수록 바람직하고, 실질적으로 0이면 가장 바람직하다. 즉, 요철 구조(L)의 볼록부 정상부도, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부와 마찬가지로, 곡율 반경이 0 초과인 각부인 것이 가장 바람직하다. 한편, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 검토 결과로부터, 곡율 반경이 0 초과인 각부는, 테이블 톱의 크기가 100 nm 이하인 경우를 포함한다고 생각할 수 있다. 한편, 상기 비율이 0이면, 볼록부 정상부의 폭이 0 nm임을 의미한다. 그러나, 예컨대, 주사형 전자 현미경에 의해 볼록부 정상부의 폭을 측정한 경우라도, 0 nm는 정확하게는 계측할 수 없다. 따라서, 여기서의 볼록부 정상부의 폭은 측정 분해능 이하인 경우 모두를 포함하는 것으로 한다. 비율(볼록부 정상부의 폭/오목부 개구부의 폭)이 3 이하이면, 반도체층의 성막성을 양호하게 유지할 수 있다. 이것은, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부에서 성장하는 반도체의 양을 저감할 수 있음에 의한 것이다. 또한, 상기 비율이 1 이하임으로써, 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. 이것은 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)와 반도체층에 의해 만들어지는 요철 구조(L)의 굴절율 분포가, 발광광으로부터 볼 때 적절하게 되기 때문이다. 상기 설명한 내부 양자 효율(IQE) 및 광 추출 효율(LEE)을 함께 크게 향상시킨다는 관점에서, 상기 비율은, 0.4 이하가 바람직하고, 0.2 이하가 보다 바람직하고, 0.15 이하가 더욱 바람직하다. The width of the convex portion of the convexo-concave structure L is set such that the
또한, 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)의 재질이 동일한 경우, 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥부가 평탄면을 가지면, 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키는 동시에, 반도체 성막 장치 사이의 차를 작게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키기 위해서는, 반도체층 내부의 전위를 분산화하여, 국소적 및 거시적인 전위 밀도를 감소시킬 필요가 있다. 여기서, 이들 물리 현상의 초기 조건은, 반도체층을 CVD(Chemical Vapor Deposition), VPE(Vapor Phase Epitaxy), 혹은 스퍼터에 의해 성막할 때의 핵 생성 및 핵 성장이다. 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥부에 평탄면을 가짐으로써, 요철 구조(L)의 오목부의 바닥부에 대한 핵 생성을 적합하게 생기게 할 수 있게 되기 때문에, 반도체층의 성장이 안정화된다. 그 결과, 내부 양자 효율(IQE)을 보다 크게 할 수 있다. When the concavoconvex structure L and the
한편, 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)의 재질이 다른 경우, 요철 구조(L)는 LED용 웨이퍼(702) 상에 부분적으로 형성된다, 즉 LED용 웨이퍼(702)에 노출하는 면이 있음으로써, 제1 반도체층의 성장이 실현된다. 따라서, 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)의 재질이 다른 경우의 요철 구조(L)는, LED용 웨이퍼(702) 상에 형성된 복수의 볼록부와 볼록부가 형성되지 않는 노출된 LED용 웨이퍼(702)로 구성된다. 예컨대, 사파이어, SiC, 질화물 반도체, Si 또는 스피넬을 LED용 웨이퍼(702)로 했을 때에, 금속 알루미늄, 비정질 산화알루미늄, 다결정 산화알루미늄, 다결정 사파이어, 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 은(Ag), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au) 혹은 백금(Pt) 중, 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물로 구성되는 볼록부(703)를 형성할 수 있다. On the other hand, when the uneven structure L is different from the material for the
요철 구조(L)의 볼록부 바닥부의 평균 폭과 평균 간격(PL)과의 비율(볼록부 바닥부의 평균 폭/PL)로 나타내어지는 요철 구조(L)의 듀티는, 광 추출 효율(LEE)을 향상시킨다는 관점에서, 0.03 이상 0.83 이하이면 바람직하다. 0.03 이상임으로써, 요철 구조(L)의 볼록부의 체적이 커져, 광학적 산란성이 향상된다. 같은 효과에서, 상기 비율은 0.17 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.33 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, 0.83 이하임으로써, 요철 구조(L)의 오목부의 바닥부의 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 성장하는 반도체층끼리의 합체를 양호하게 할 수 있다. 이에 따라, 내부 양자 효율(IQE)을 높일 수 있다. 같은 효과에서, 상기 비율은 0.73 이하가 보다 바람직하고, 0.6 이하인 것이 가장 바람직하다. The duty of the concave and convex structure L expressed by the ratio of the average width of the convex portion bottom portion of the concavo-convex structure L to the average interval PL (average width PL of the convex portion / PL) It is preferably 0.03 or more and 0.83 or less. 0.03 or more, the volume of the convex portion of the concave-convex structure L becomes large, and the optical scattering property is improved. In the same effect, the ratio is more preferably 0.17 or more, and most preferably 0.33 or more. On the other hand, when it is 0.83 or less, the area of the bottom of the concave portion of the concavo-convex structure L can be increased, so that the nucleus attachment and growth of the semiconductor layer and the coalescence of the growing semiconductor layers can be improved. Thus, the internal quantum efficiency IQE can be increased. In the same effect, the ratio is more preferably 0.73 or less, and most preferably 0.6 or less.
요철 구조(L)의 종횡비, 즉, 요철 구조(L)의 평균 높이/요철 구조(L)의 볼록부 바닥부의 평균 폭이 0.1 이상임으로써, 요철 구조(L)에 의한 광학적 산란성에 의한 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. 특히, 광 회절의 모드수를 증가시킨다는 관점에서, 0.3 이상이 바람직하고, 0.5 이상이 보다 바람직하고, 0.8 이상이 가장 바람직하다. 한편, 반도체층에 대한 크랙이나 보이드를 억제한다는 관점에서, 종횡비는 5 이하인 것이 바람직하다. 또한, 요철 구조(L)를 제작하는 시간을 짧게 할 수 있고 또 반도체의 사용량을 저감할 수 있으므로, 2 이하가 보다 바람직하고, 1.5 이하가 가장 바람직하다. The light extraction efficiency due to the optical scattering property by the concavo-convex structure L can be improved by setting the aspect ratio of the concave-convex structure L, that is, the average height of the concave-convex structure L / the average width of the convex portion bottom of the concave- (LEE) can be improved. In particular, from the viewpoint of increasing the number of modes of the optical diffraction, it is preferably 0.3 or more, more preferably 0.5 or more, and most preferably 0.8 or more. On the other hand, from the viewpoint of suppressing cracks and voids to the semiconductor layer, the aspect ratio is preferably 5 or less. In addition, since the time for fabricating the concave-convex structure L can be shortened and the amount of semiconductor used can be reduced, it is more preferably 2 or less, and most preferably 1.5 or less.
요철 구조(L)의 볼록부(703)의 높이(H)는, 평균 간격(PL)의 2배 이하이면, 요철 구조(L)의 제작에 걸리는 시간, 사용하는 반도체 결정량의 관점에서 바람직하다. 특히, 평균 간격(PL) 이하인 경우, 요철 구조(L)의 굴절율 분포가, 발광광으로부터 볼 때 적절하게 되기 때문에, 광 추출 효율(LEE)을 보다 향상시킬 수 있다. 이러한 관점에서, 요철 구조(L)의 높이(H)는, 평균 간격(PL)의 0.8배 이하가 보다 바람직하고, 0.7배 이하가 가장 바람직하다. The height H of the
이어서, 요철 구조(A)와 요철 구조(L)의 관계에 관해서 설명한다. 본 발명의 LED용 패턴 웨이퍼(2)는, 이미 설명한 회전 시프트각(ΘA)을 만족하는 평균 간격(PA)을 갖는 요철 구조(A)와, 평균 간격(PL)을 갖는 요철 구조(L)를 구비하고, 평균 간격(PL)과 평균 간격(PA)은 소정 비율 범위 내에서 다르다. Next, the relationship between the uneven structure (A) and the uneven structure (L) will be described. The
여기서, 평균 간격이 보다 큰, 한쪽의 요철 구조(L)가 주로 광 추출 효율(LEE) 향상의 기능을 발현하고, 평균 간격이 보다 작은, 다른 쪽의 요철 구조(A)가 주로 내부 양자 효율(IQE)의 개선 및 크랙 억제 기능을 발현한다. 또한, 각각의 요철 구조(L 또는 A)의 기능을 상승시켜 상호 보완시키기 위해서, 바꿔 말하면 내부 양자 효율(IQE)을 개선하여 크랙을 억제하는, 한쪽의 요철 구조(A)에 의해 광 추출 효율(LEE)가 저하하는 일이 없고, 광 추출 효율(LEE)을 향상시키는 다른 쪽의 요철 구조(L)에 의해 내부 양자 효율(IQE)이 저하하여 크랙이 발생하는 일이 없기 때문에, 한쪽의 요철 구조(L 또는 A)의 표면의 적어도 일부에 다른 쪽의 요철 구조(A 또는 L)가 형성되는 것을 특징으로 한다. 한편, 회전 시프트각(ΘL 및 ΔΘ)에 관해서는 이미 설명한 것과 같다. Here, the concavo-convex structure A on one side mainly has a function of improving the light extraction efficiency (LEE) mainly and the convex structure L on the other side mainly has an internal quantum efficiency IQE) and crack suppression. In order to enhance the functions of the respective concavo-convex structures L or A to complement each other, in other words, to improve the internal extraction efficiency (IQE) by suppressing the cracks, LEE does not deteriorate and the internal quantum efficiency IQE is lowered by the other convexo-concave structure L that improves the light extraction efficiency LEE and cracks do not occur. Therefore, (A or L) is formed on at least a part of the surface of the substrate (L or A). On the other hand, the rotation shift angles [Theta] L and [Delta] [theta] are the same as those already described.
도 27은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 일례를 도시하는 단면 개략도이다. 도 27A 및 도 27B에 도시하는 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)는, LED용 웨이퍼(702)의 주면 상에 요철 구조(720)가 형성되어 있고, 요철 구조(720)는, 제1 요철 구조(이하, 요철 구조(L)라고 기재함)와, 제2 요철 구조(이하, 요철 구조(A)라고 기재함)로 구성되어 있다. 요철 구조(L)는, 상호 이격되어 형성된 볼록부(703)(또는 오목부(704))와, 인접하는 볼록부(703)(또는 오목부(704)) 사이를 잇는 오목부(704)(또는 볼록부(703))로 구성되어 있다. 복수의 볼록부(703)(또는 오목부(704))는 평균 간격(PL)을 갖는다. 27 is a schematic cross-sectional view showing an example of the patterned
한편, 요철 구조(A)는, 요철 구조(L)를 구성하는 볼록부(703) 및 오목부(704)의 표면에 형성된 복수의 볼록부(705)(또는 오목부(706))와, 복수의 볼록부(705)(또는 오목부(706)) 사이를 잇는 오목부(706)(또는 볼록부(705))로 구성되어 있다. 복수의 볼록부(705)(또는 오목부(706))는 평균 간격(PA)을 갖는다. 도 27A에서는, 복수의 볼록부(703)의 정상부 표면 및 오목부(704)의 바닥부에 요철 구조(A)가 형성되어 있다. 한편, 도 27B에서는, 복수의 독립된 오목부(704)를 잇는 볼록부(703)의 정상부 위에 요철 구조(A)가 형성되어 있다. 한편, 요철 구조(A)는, 도 27A, 도 27B의 예에 한정되지 않고, 볼록부(703) 혹은 오목부(704)의 적어도 어느 한쪽의 표면 상에 형성되면 된다. On the other hand, the concave-convex structure A includes a plurality of convex portions 705 (or concave portions 706) formed on the
한편, 요철 구조(A)는 이미 설명한 회전 시프트각(Θ)을 만족한다. 또한, 이미 설명한 형상을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 요철 구조(L)의 배열은, 이미 설명한 회전 시프트각(ΘL 또는 ΔΘ)을 만족하는 것이 바람직하다. On the other hand, the concavoconvex structure A satisfies the previously described rotation shift angle?. It is also preferable that the shape described above is satisfied. It is also preferable that the arrangement of the concavoconvex structures L satisfy the previously described rotation shift angle? L or??.
한편, 요철 구조(A)는, 볼록부(703)와 오목부(704)의 바닥부를 잇는 볼록부(703)의 측면에 형성할 수도 있다. 볼록부(703)의 측면에 요철 구조(A)가 형성되는 경우, 도파 모드를 어지럽히는 효과가 한층 더 강해지는 동시에, 흐트러진 발광광의 진행 방향을 보다 LED의 두께 방향으로 변화시킬 수 있다고 생각된다. 이 때문에, LED를 패키지화할 때의 밀봉재의 선정이 용이하게 된다. On the other hand, the concavoconvex structure A may be formed on the side surface of the
(케이스 1)(Case 1)
특히, 요철 구조(L)는, 상호 이격된 복수의 볼록부(703)로 구성되는 동시에, 적어도 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥부에 요철 구조(A)가 형성되는 것이 바람직하다. In particular, it is preferable that the concavo-convex structure L comprises a plurality of
이 경우, 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥부를 기점으로 하여 반도체층의 성장을 시작하게 할 수 있다. 특히, 오목부(704)의 바닥부에 요철 구조(A)가 형성됨으로써, 이미 설명한 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 성장하는 반도체층끼리의 합체가 양호하게 되므로, 요철 구조(A)의 근방에 있어서 반도체층의 전위를 억제하고, 동시에, 크랙을 감소시킬 수 있다. 또한, 요철 구조(L)가, 복수의 볼록부(703)로 구성되므로, 오목부(704)의 바닥부에서 성장하는 반도체층의 볼록부(703) 근방에 있어서의 크랙을 억제할 수 있다. 즉, 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키는 동시에, LED의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이하에 설명하는 것과 같이 요철 구조(L)와 요철 구조(A)는 소정의 평균 간격의 관계를 만족하므로, 광학적 산란성이 커진다. 특히, 적어도 오목부(704)의 바닥부에 요철 구조(A)가 형성되는 구성이므로, 도파 모드를 광 산란 혹은 광학적 반사에 의해 어지럽힐 수도 있게 되어, 도파 모드가 재차 도파하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 광 추출 효율(LEE)이 동시에 향상된다. In this case, the growth of the semiconductor layer can be started with the bottom of the
(케이스 2)(Case 2)
또한, 요철 구조(L)는, 상호 이격된 복수의 오목부(704)로 구성되는 동시에, 적어도 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부에 요철 구조(A)를 구성하는 볼록부(705) 또는 오목부(706)가 형성되는 것이 바람직하다. The concavo-convex structure L is constituted by a plurality of mutually spaced
이 경우, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부를 기점으로 하여 반도체층의 성장을 시작하게 할 수 있다. 특히, 볼록부(703)의 정상부에 요철 구조(A)가 형성됨으로써, 이미 설명한 것과 같이 반도체층에 대한 크랙을 억제하고, 내부 양자 효율(IQE)을 개선할 수 있다. 이때, 볼록부(703)의 정상부로부터 성장하는 반도체층은, 오목부(704)의 바닥부로부터 성장하는 반도체 결정에 비해서 성장성이 양호하게 된다. 이 때문에, 볼록부(703)의 정상부로부터 성장한 반도체층에 의해 오목부(704)의 바닥부로부터 성장한 반도체층을 블록할 수 있다. 따라서, 크랙을 억제하고, 내부 양자 효율(IQE)이 효과적으로 향상된다. 또한, 반도체층의 성장 조건에 따라서는, 오목부(704) 내에 공극을 생성하는 것도 용이하게 된다. 이 경우, LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)를, 예컨대 레이저 리프트 오프에 의해 제거할 때의, 제거 정밀도가 향상된다. 또한, 이하에 설명하는 것과 같이 요철 구조(L)와 요철 구조(A)는 소정의 평균 간격의 관계를 만족하므로, 광학적 산란성이 커진다. 특히, 요철 구조(L)가 복수의 오목부(704)로 구성되므로, 체적 변화가 보다 커지기 때문에, 도파 모드를 어지럽히는 효과가 커져, 광 추출 효율(LEE)이 향상된다. In this case, it is possible to start the growth of the semiconductor layer from the top of the
상기 케이스 1, 케이스 2로서 설명한 본 발명의 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)에서는, 요철 구조(A)의, 요철 구조(L)에 대한 피복율이 0% 초과 100% 미만인 것이 바람직하다. In the
이 경우, 요철 구조(L)의 볼록부(703) 혹은 오목부(704)에 반드시 요철 구조(A)가 형성되므로, 상기 설명한 원리에 의해, 내부 양자 효율(IQE)가 효과적으로 향상되는 동시에, 반도체층 내부의 크랙을 억제할 수 있다. 한편, 요철 구조(L)의 볼록부(703) 및 오목부(704)가 전부 요철 구조(A)에 의해 메워지는 일이 없다. 이에 따라, 요철 구조(L)에 의한 광 추출 효율(LEE)의 향상 효과를, 요철 구조(A)에 의해 저하시키는 것을 억제할 수 있다. 즉, 내부 양자 효율(IQE)과 광 추출 효율(LEE)을 동시에 향상시키는 효과가 한층 더 높아진다. In this case, the
(케이스 3)(Case 3)
도 27C는 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다. LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)는, LED용 웨이퍼(702)의 주면 상에 요철 구조(720)가 형성되어 있고, 요철 구조(720)는, 제1 요철 구조(이하, 요철 구조(A)라고 기재함)와, 제2 요철 구조(이하, 요철 구조(L)라고 기재함)로 구성되어 있다. 요철 구조(A)는, 상호 이격되어 형성된 볼록부(705)와, 인접하는 볼록부(705) 사이를 잇는 오목부(706)로 구성되어 있다. 복수의 볼록부(705)는 평균 간격(PA)을 갖는다. 27C is a schematic cross-sectional view showing another example of the patterned
한편, 요철 구조(L)는, 요철 구조(A)의 표면 상에 요철 구조(A)가 일부 노출되도록 상호 이격되어 형성되고, 요철 구조(A)를 구성하는 볼록부(705) 및 오목부(706)의 표면에 형성된 복수의 볼록부(703)로 구성되어 있다. 복수의 볼록부(703)는 평균 간격(PL)을 갖는다. On the other hand, the concave-convex structure L is formed so as to be spaced apart from the concave-convex structure A such that the concave-convex structure A is partially exposed on the surface of the concave-convex structure A. The
상기 도 27A, 도 27B 및 도 27C를 참조하여 설명한 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)의 요철 구조(L)의 평균 간격(PL)과 요철 구조(A)의 평균 간격(PA)의 비율은 1 초과 2000 이하이다. 1을 초과 2000 이하임으로써, 크랙이 억제되고, 내부 양자 효율(IQE)이 향상된 반도체층을 성막할 수 있는 동시에, 또한 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. 특히, 평균 간격(PL)과 평균 간격(PA)의 차를 크게 하여, 요철 구조(A)에 의한 광 추출 효율(LEE)에의 지장 및 요철 구조(L)에 의한 내부 양자 효율(IQE)에의 지장을 억제한다는 관점에서, 비율(PL/PA)은 1.1 이상인 것이 바람직하고, 1.5 이상인 것이 보다 바람직하고, 2.5 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 요철 구조(A)의 가공 분해능을 향상시켜, 내부 양자 효율(IQE)을 보다 향상시키는 동시에, 크랙을 억제한다는 관점에서, 비율(PL/PA)은 5.5 이상인 것이 바람직하고, 7.0 이상인 것이 보다 바람직하고, 10 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, 요철 구조(A)에 의한 광학적 산란성(광 회절 또는 광 산란)을 향상시키고, 요철 구조(A)에 의한 내부 양자 효율(IQE)의 개선과, 요철 구조(L) 및 요철 구조(A)에 의한 광 추출 효율(LEE)의 개선을 실현한다는 관점에서, 비율(PL/PA)은 700 이하인 것이 바람직하고, 300 이하인 것이 보다 바람직하고, 100 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 요철 구조(L)로부터 가해지는 반도체층에의 응력을 저감시켜 크랙을 보다 억제하는 동시에, 요철 구조(L)의 체적 변화를 크게 하면서 또 요철 구조(A)의 밀도를 향상시키는 동시에, 요철 구조(L) 및 요철 구조(A)의 가공 정밀도를 향상시킨다는 관점에서, 비율(PL/PA)은 50 이하인 것이 바람직하고, 40 이하인 것이 보다 바람직하고, 30 이하인 것이 가장 바람직하다. The ratio of the average distance PL of the concavo-convex structures L of the
LED용 패턴 웨이퍼(2)를 사용한 LED용 에피택셜 웨이퍼 및 LED 칩에 관해서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용한 경우와 같은 상태를 채용할 수 있다. 이 경우에, LED용 패턴 웨이퍼(2)의 요철 구조(L)와 요철 구조(A)로 구성되는 요철 구조(720)는, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(20)라고 바꿔 읽을 수 있다. With respect to the epitaxial wafer for LED and the LED chip using the patterned
LED용 패턴 웨이퍼(2)에 관해서, 발광 반도체층 측의 표면과 발광 반도체층의 제1 반도체층 측의 표면과의 거리(Hbun)와, 요철 구조(A)의 평균 높이(Have)와의 비율(Hbun/Have)은, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 기재한 비율(Hbun/Have)에 상당한다. The ratio (Hbun) between the surface of the light emitting semiconductor layer on the side of the light emitting semiconductor layer and the surface of the light emitting semiconductor layer on the first semiconductor layer side and the average height Have of the concavoconvex structure A Hbun / Have) corresponds to the ratio (Hbun / Have) described in the
LED용 패턴 웨이퍼(2)에 관해서, LED용 패턴 웨이퍼(2)의 발광 반도체층 측의 표면과 비도핑 제1 반도체층의 도핑 제1 반도체층 측의 표면과의 거리(Hbu)와, 요철 구조(A)의 평균 높이(Have)와의 비율(Hbu/Have)은, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 기재한 비율(Hbu/Have)에 상당한다. The distance Hbu between the surface of the
요철 구조(AL)의 형상은, 예컨대, 복수의 울짱 형상체가 배열된 라인 & 스페이스 구조, 복수의 울짱 형상체가 교차한 격자 구조, 복수의 도트(볼록부, 돌기)형 구조가 배열된 도트 구조, 복수의 홀(오목부)형 구조가 배열된 홀 구조 등을 채용할 수 있다. 도트 구조나 홀 구조는, 예컨대, 원추, 원기둥, 사각추, 사각기둥, 육각추, 육각기둥, n각추(n≥3), n각기둥(n≥3), 칼데라형, 이중 링형 및 다중 링형의 구조를 들 수 있다. 여기서, 칼데라형이란, 큰 원추의 선단과 안이 공동인 작은 원추의 선단을 접촉시키고, 그 후에, 작은 원추를 큰 원추의 속에 밀어넣은 형상을 말하며, 볼케이노형이라고도 말하여진다. 한편, 이들 형상은 바닥면의 외경이 변형된 형상, n각형의 바닥면의 각부가 0 초과인 곡율 반경을 가지며 라운딩을 띤 형상이나, 측면이 만곡된 형상, 정상부가 0 초과인 곡율 반경을 갖는 라운딩을 띤 형상을 포함한다. The shape of the concavoconvex structure AL may be, for example, a line & space structure in which a plurality of cumulus shaped bodies are arranged, a lattice structure in which a plurality of cumulus shaped bodies are crossed, a dot structure in which a plurality of dots (convex portions, A hole structure in which a plurality of holes (concave) structures are arranged, or the like can be adopted. The dot structure or the hole structure may be, for example, a cone, a cylinder, a quadrangular pyramid, a square column, a hexagonal column, a hexagonal column, n square pyramid (n? 3), a square column of n? 3, a caldera type, . Here, the caldera type refers to a shape in which the tip of a large cone is brought into contact with the tip of a small cone, which is a cavity, and then a small cone is pushed into a large cone, which is also called a volcano type. On the other hand, these shapes have a shape in which the outer diameter of the bottom surface is deformed, a rounded shape with each side of the n-type bottom surface having a radius of curvature of more than 0, a side curved shape, And includes a rounded shape.
한편, 도트 구조란, 복수의 볼록부가 상호 독립적으로 배치된 구조이다. 즉, 각 볼록부는 연속된 오목부에 의해 이격된다. 한편, 각 볼록부는 연속된 오목부에 의해 매끄럽게 접속되어도 좋다. 한편, 홀 구조란, 복수의 오목부가 상호 독립적으로 배치된 구조이다. 즉, 각 오목부는 연속된 볼록부에 의해 이격된다. 한편, 각 오목부는 연속된 볼록부에 의해 매끄럽게 접속되어도 좋다. On the other hand, the dot structure is a structure in which a plurality of convex portions are arranged independently of each other. That is, each convex portion is separated by a continuous concave portion. On the other hand, each convex portion may be smoothly connected by a continuous concave portion. On the other hand, the hole structure is a structure in which a plurality of concave portions are arranged independently of each other. That is, each concave portion is separated by a continuous convex portion. On the other hand, each concave portion may be smoothly connected by a continuous convex portion.
도트 구조를 선정할지 혹은 홀 구조를 선정할지는, LED용 에피택셜 웨이퍼의 제조에 사용하는 장치나 LED의 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 특히 크랙의 억제와 내부 양자 효율(IQE)의 개선을 우선하는 환경에서는, 요철 구조(L)는 도트형 구조이면 바람직하다. 이것은, 평균 간격(PL)이 큰 요철 구조(L)에 의해서도, 반도체층의 가로 방향 성장(Epitaxial Lateral Overgrowth)을 유발시키는 동시에 볼록부 정상부에 있어서의 크랙을 억제하여, 내부 양자 효율(IQE)을 향상시킬 수 있기 때문이다. 한편, 광 추출 효율(LEE)을 특히 크게 하고 싶은 환경에서는, 요철 구조(AL)는 홀 구조인 것이 바람직하다. 이것은, 홀 구조의 경우, 반도체층으로부터 본 굴절율의 변화가 광학적 산란성에 대하여 적절하게 되기 때문이다. 한편, 요철 구조(A)와 요철 구조(L)의 조합(요철 구조(L), 요철 구조(A))은, (도트 구조, 도트 구조), (홀 구조, 홀 구조), (도트 구조, 홀 구조) 또는 (홀 구조, 도트 구조)의 어느 것이라도 좋다. Whether the dot structure or the hole structure is to be selected can be appropriately selected depending on the apparatus used for manufacturing the LED epitaxial wafer and the LED. Particularly, in an environment in which suppression of cracks and improvement of internal quantum efficiency (IQE) are prioritized, the concavo-convex structure (L) is preferably a dot-like structure. This is because, even with the concavo-convex structure L having a large average spacing PL, the epitaxial lateral overgrowth of the semiconductor layer is caused and at the same time the cracks at the top of the convex portion are suppressed and the internal quantum efficiency IQE This can be improved. On the other hand, in an environment in which the light extraction efficiency (LEE) is particularly desired to be increased, the concavo-convex structure (AL) is preferably a hole structure. This is because, in the case of the hole structure, a change in the refractive index as viewed from the semiconductor layer becomes suitable for the optical scattering property. On the other hand, the combination of the concavo-convex structure A and the concavo-convex structure L (the concavo-convex structure L and the concavo-convex structure A) Hole structure) or (hole structure, dot structure).
이어서, 요철 구조(720)를 구성하는 요철 구조(A) 및 요철 구조(L)에 관해서 설명한다. Next, the concavo-convex structure A and the concavo-convex structure L constituting the concave-
도 28은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이며, 도 27A 및 도 27B를 참조하여 설명한 (케이스 1) 및 (케이스 2)를 포함하는 경우이다. 도 28A 내지 도 28C에 도시하는 것과 같이, LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)의 표면에 체적 변화가 큰 요철 구조(L)가 형성되고, 요철 구조(L)를 구성하는 볼록부(703) 및 오목부(704)의 적어도 한쪽의 표면에 구조 밀도가 큰 요철 구조(A)가 형성된다. 이러한 구성을 취함으로써, 요철 구조(A)에 의해 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키고, 크랙을 저감시킬 수 있게 되어, 요철 구조(L)에 의한 광학적 산란성(광 회절 또는 광 산란)에 의해 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. 도 28A 내지 도 28C는 요철 구조(A)의 요철 구조(L)에 대한 배치예를 도시하고 있다. 28 is a schematic cross-sectional view showing another example of the patterned
특히, 도 28A에 도시하는 것과 같이, 제1 요철 구조(L)는, 상호 이격된 복수의 볼록부(703)로 구성되는 동시에, 적어도 제1 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥부에 제2 요철 구조(A)를 구성하는 볼록부(705) 또는 오목부(706)가 형성되는 것이 바람직하다. 28A, the first concavo-convex structure L is constituted by a plurality of
이 경우, (케이스 1) 및 (케이스 2)에서 이미 설명한 것과 같이, 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥부를 기점으로 하여 반도체층의 성장을 시작하게 할 수 있기 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이 향상되는 동시에 크랙을 억제할 수 있다. 또한, LED의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이미 설명한 것과 같이, 요철 구조(L)와 요철 구조(A)는 소정의 평균 간격의 관계를 만족하므로, 광학적 산란성이 커진다. 특히, 적어도 오목부(704)의 바닥부에 요철 구조(A)가 형성되는 구성이므로, 도파 모드를 광 산란 혹은 광학적 반사에 의해 어지럽힐 수 있게 되어, 도파 모드가 재차 도파하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 광 추출 효율(LEE)이 동시에 향상된다. In this case, as already described in (Case 1) and (Case 2), since the growth of the semiconductor layer can be started from the bottom of the
또는, 도 28B에 도시하는 것과 같이, 요철 구조(L)는, 상호 이격된 복수의 오목부(704)로 구성되는 동시에, 적어도 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부에 요철 구조(A)를 구성하는 볼록부(705) 또는 오목부(706)가 형성되는 것이 바람직하다. 28B, the concavo-convex structure L is constituted by a plurality of
이 경우, 이미 (케이스 1) 및 (케이스 2)에서 설명한 것과 같이, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부를 기점으로 하여 반도체층의 성장을 시작하게 할 수 있다. 따라서, 볼록부(703)의 정상부에서 성장하는 반도체층의 전위를 효과적으로 감소시키는 동시에, 크랙을 저감할 수 있다. 또한, 오목부(704) 내에 공극을 생성하는 것도 용이하게 되므로, LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)를, 예컨대 레이저 리프트 오프에 의해 제거할 때의, 제거 정밀도가 향상된다. 또한, 요철 구조(L)와 요철 구조(A)는 소정의 평균 간격의 관계를 만족하므로, 광학적 산란성이 커진다. 특히, 요철 구조(L)가 복수의 오목부(704)로 구성되므로, 체적 변화가 보다 커지기 때문에, 도파 모드를 어지럽히는 효과가 커져, 광 추출 효율(LEE)이 향상된다. In this case, the growth of the semiconductor layer can be started with the top of the
한편, 도 28C에 도시하는 것과 같은 요철 구조(L)의 볼록부(703) 및 오목부(704)의 표면 중 어디에나 요철 구조(A)가 형성되는 경우, 도 28A 및 도 28B를 참조하여 설명한 효과를 양립할 수 있게 된다.On the other hand, in the case where the concavoconvex structure A is formed at any of the
상기 설명한 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)에서는, 요철 구조(A)의, 요철 구조(L)에 대한 피복율이 0% 초과 100% 미만인 것이 바람직하다. In the above-described LED pattern wafers (2) 710, it is preferable that the coverage ratio of the concavo-convex structure (A) to the concavo-convex structure (L) is more than 0% and less than 100%.
이 경우, 요철 구조(L)의 볼록부(703) 혹은 오목부(704)에 반드시 요철 구조(A)가 형성되므로, 상기 설명한 원리에 의해, 내부 양자 효율(IQE)이 효과적으로 향상되는 동시에, 크랙이 저감된다. 한편, 요철 구조(L)의 볼록부(703) 및 오목부(704)가 전부 요철 구조(A)에 의해 메워지는 일은 없다. 이에 따라, 요철 구조(L)에 의한 광 추출 효율(LEE) 향상 효과를, 요철 구조(A)에 의해 저하시키는 것을 억제할 수 있다. 즉, 내부 양자 효율(IQE)과 광 추출 효율(LEE)을 동시에 향상시키는 동시에, 크랙을 억제할 수 있다. In this case, since the concavo-convex structure A is necessarily formed in the
특히, 요철 구조(L) 표면의 거칠기 증대를 억제하여, 요철 구조(L)에 의한, 반도체층 내부에서 도파 모드를 형성하는 발광광의 진행 방향을 어지럽히는 효과를 향상시킨다는 관점에서, 피복율은 90% 이하인 것이 바람직하고, 80% 이하인 것이 보다 바람직하고, 50% 이하인 것이 가장 바람직하다. 또한, 요철 구조(A)에 의한 내부 양자 효율(IQE)의 향상 효과를 발휘하게 하는 동시에, 반도체층의 사용량을 저하시켜, LED의 생산성을 향상시킨다는 관점에서, 피복율은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.1% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.15% 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, 특히 내부 양자 효율(IQE)을 보다 향상시키고 싶은 경우는, 피복율은 상기 가장 넓은 범위에 있어서, 50% 이상 90% 이하인 것이 바람직하고, 60% 이상 86% 이하인 것이 보다 바람직하고, 70% 이상 84% 이하인 것이 가장 바람직하다. 이들 범위를 만족하는 경우, 요철 구조(A)에 의한 효과를 가장 효과적으로 발현할 수 있게 된다. 한편, 광 추출 효율(LEE)을 특히 향상시키고 싶은 경우는, 상기 가장 넓은 범위에 있어서, 0.1% 이상 30% 이하의 범위인 것이 바람직하고, 0.1% 이상 10% 이하의 범위인 것이 보다 바람직하고, 0.1% 이상 5% 이하인 것이 가장 바람직하다. 이들 범위를 만족함으로써 도파 모드가 흐트러진 발광광이 재차 도파 모드를 형성하는 것을 억제할 수 있으므로, 광 추출 효율이 보다 향상된다. Particularly, from the viewpoint of improving the effect of suppressing the increase in the roughness of the surface of the concavoconvex structure L and disturbing the traveling direction of the emitted light forming the waveguide mode within the semiconductor layer due to the concavo-convex structure L, Or less, more preferably 80% or less, and most preferably 50% or less. In addition, from the viewpoint of improving the internal quantum efficiency (IQE) by the uneven structure (A), reducing the amount of the semiconductor layer used and improving the productivity of the LED, the coating rate is preferably 0.01% or more , More preferably 0.1% or more, and most preferably 0.15% or more. On the other hand, when it is desired to further improve the internal quantum efficiency (IQE), the covering ratio is preferably 50% or more and 90% or less, more preferably 60% or more and 86% or less, Or more and 84% or less. When these ranges are satisfied, the effect of the uneven structure (A) can be most effectively expressed. On the other hand, when it is desired to particularly improve the light extraction efficiency (LEE), it is preferably in the range of 0.1% or more and 30% or less, more preferably 0.1% or more and 10% or less, And most preferably 0.1% or more and 5% or less. By satisfying these ranges, it is possible to suppress the formation of the waveguide mode again by the emission light deviated from the waveguide mode, so that the light extraction efficiency is further improved.
여기서, 피복율이란, 요철 구조(L)의 볼록부(703) 및 오목부(704)의 표면에 대한 요철 구조(A)의 볼록부(705) 또는 오목부(706)의 평면 점유율이다. 즉, 어떤 볼록부(703)를 상면 측에서 관찰한 경우의, 볼록부(703)와 볼록부(703) 윤곽의 주위를 둘러싸는 오목부(704)와의 평면적을 S로 한 경우, 그 관찰상 내에서의 요철 구조(A)의 볼록부(705) 또는 오목부(706)의 합계 평면적을 Si라고 하면, 피복율은 (Si/S)×100이 된다. Here, the coverage rate is a planar occupancy rate of the
도 29는 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)에 있어서의 요철 구조를 도시하는 모식도이다. 도 29A는, 요철 구조(L)가 복수의 독립된 볼록부(703)로 구성되는 경우, 특히 오목부(704)의 바닥면에 요철 구조(A)가 형성되는 경우를 도시한다. 혹은, 요철 구조(A)의 표면에, 요철 구조(A)가 부분적으로 노출되도록 요철 구조(L)가 형성된 경우를 도시한다. 이 예에서는, 볼록부(703) 바닥부의 윤곽 형상 및 볼록부(705) 바닥부의 윤곽 형상은 원형이다. 볼록부(703)의 정상부 측에서 관찰한 평면상에 있어서의 볼록부(703)와, 볼록부(703) 윤곽의 주위를 둘러싸는 오목부(704)의 면적을 S로 하자. 여기서, 면적(S)은, 어떤 볼록부(703)에 인접하는 다른 볼록부(703)의 정상부 중앙부끼리를 연결하여 만들어지는 다각형(841)의 면적이다. 면적(S) 내에 포함되는 요철 구조(A)의 볼록부(705) 바닥부의 윤곽에 의해 만들어지는 면적의 합계 면적, 또는 오목부(706)의 개구부의 합계 면적을, Si라고 하면, 피복율은 Si/S×100으로서 주어진다. 한편, 도 29A에서는, 요철 구조(L)의 오목부 바닥부에만 요철 구조(A)가 배치되는 경우를 예시했지만, 이미 설명한 것과 같이 요철 구조(A)의 배치는 이것에 한정되지 않는다. 마찬가지로, 도 29B는, 요철 구조(L)가 복수의 독립된 오목부(704)로 구성되는 경우, 특히 볼록부(703)의 상면에 요철 구조(A)가 형성되는 경우를 도시한다. 이 예에서는, 오목부(704)의 개구 형상 및 볼록부(703) 바닥부의 윤곽 형상은 원형이다. 볼록부(703)의 정상부 측에서 관찰한 평면상에 있어서의 오목부(704)와, 오목부(704) 윤곽의 주위를 둘러싸는 볼록부(703)의 면적을 S로 하자. 여기서, 면적(S)은, 어떤 오목부(704)에 인접하는 다른 오목부(704)의 개구부 중앙부끼리를 연결하여 만들어지는 다각형(841)의 면적이다. 면적(S) 내에 포함되는 요철 구조(A)의 볼록부(705)의 바닥부의 윤곽에 의해 만들어지는 면적의 합계 면적, 또는 오목부(706)의 개구부의 합계 면적을 Si라고 하면, 피복율은 Si/S×100으로서 주어진다. 한편, 도 29B 에서는, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부에만 요철 구조(A)가 배치되는 경우를 예시했지만, 이미 설명한 것과 같이 요철 구조(A)의 배치는 이것에 한정되지 않는다. 29 is a schematic diagram showing the concavo-convex structure of the patterned
한편, 도 29B에 도시하는 것과 같이 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부 상면에만 요철 구조(A)가 형성되는 경우, 볼록부(703)의 정상부 측에서 관찰했을 때의, 볼록부(703)의 정상부 상면의 면적을 ST, 면적(ST)을 갖는 볼록부(703)의 정상부 상면 내에 포함되는 요철 구조(A)의 평면적의 합계를 SiT로 하여, 피복율(SiT/ST×100)을 구할 수 있다. 한편, 이 피복율을 볼록부(703)의 정상부 상면에 대한 피복율(T)이라고 부른다. On the other hand, when the concavoconvex structure A is formed only on the top surface of the
마찬가지로, 도 29A에 도시하는 것과 같이 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥면에만 요철 구조(A)가 형성되는 경우, 볼록부(705)의 정상부 측에서 관찰했을 때의, 오목부(704)의 바닥면의 면적을 SB, 면적(SB0)을 갖는 오목부(704)의 바닥면 내에 포함되는 요철 구조(A)의 평면적의 합계를 SiB로 하여, 피복율(SiB/SB×100)을 구할 수 있다. 한편, 이 피복율을 오목부(704)의 바닥면에 대한 피복율(B)이라고 부른다. Likewise, when the concavoconvex structure A is formed only on the bottom surface of the
볼록부(703)의 정상부 상면에 대한 피복율(T) 및 오목부(704)의 바닥면에 대한 피복율(B)은, 1% 이상 90% 이하인 것이 바람직하다. 특히, 내부 양자 효율(IQE)을 양호하게 높여, LED의 발광 출력을 향상시킨다는 관점에서, 볼록부(703)의 정상부 상면에 대한 피복율(T) 및 오목부(704)의 바닥면에 대한 피복율(B)은, 3% 이상 60% 이하인 것이 바람직하고, 5% 이상 55% 이하인 것이 보다 바람직하고, 10% 이상 40% 이하인 것이 가장 바람직하다. 또한, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부, 볼록부(703)의 측면 및 오목부(704)의 바닥부에 요철 구조(A)가 형성되는 경우라도, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부 상면에 대한 요철 구조(A)의 피복율 혹은 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥면에 대한 요철 구조(A)의 피복율은, 상기 볼록부(703)의 정상부 상면에 대한 피복율(T) 혹은 오목부(704)의 바닥면에 대한 피복율(B)을 만족하는 것이 바람직하다. It is preferable that the covering ratio T to the top surface of the
한편, 요철 구조(L)에 있어서, LED용 웨이퍼(702) 상에 복수의 볼록부(703)를 별도 형성한 경우, 요철 구조(L)는, LED용 웨이퍼(702)의 주면과 복수의 볼록부(703)에 의해 구성된다. 이 경우, 복수의 볼록부(703)가 요철 구조(L)의 볼록부에 상당하고, 볼록부(703) 사이이며 LED용 웨이퍼(702)의 주면의 노출되는 부분이 요철 구조(L)의 오목부(704)에 상당한다. On the other hand, when a plurality of
한편, LED용 웨이퍼(702)가 직접 가공됨으로써 요철 구조(L)가 형성된 경우, 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)의 재질은 동일하게 된다. On the other hand, when the uneven structure L is formed by directly processing the
도 28A는, 요철 구조(L)가 독립된 복수의 볼록부(703)로 구성되는 동시에, 요철 구조(L)의 오목부(704)의 표면에 요철 구조(A)가 형성되는 경우이다. 도 28B는, 요철 구조(L)가 독립된 복수의 볼록부(703)로 구성되는 동시에, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 표면에 요철 구조(A)가 형성되는 경우이다. 도 28C는, 요철 구조(L)가 독립된 복수의 볼록부(703)로 구성되는 동시에, 요철 구조(L)의 볼록부(703) 및 오목부(704)의 표면에 요철 구조(A)가 형성되는 경우이다. 한편, 도 28A 내지 도 28C는, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부의 형상을 라운딩을 띤 형상으로 그리고 있지만, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부의 형상은 이미 설명한 것과 같이, 테이블 톱 형상의 형상 등으로 할 수도 있다.28A shows a case in which the concavo-convex structure L is composed of a plurality of independent
도 28A에 도시하는 것과 같이, 요철 구조(L)의 오목부(704)에 요철 구조(A)가 형성됨으로써 내부 양자 효율(IQE)을 양호하게 향상시킬 수 있다. 또한, 요철 구조(L)가 독립된 복수의 볼록부(703)로 구성되므로, 반도체층에의 크랙을 억제하는 효과가 커진다. 이것은, 요철 구조(L)의 오목부(704)로부터 반도체층의 성장이 시작하기 때문이다. 즉, 요철 구조(A)에 의해 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 성장하는 반도체층끼리의 합체성이 양호하게 되고, 이 성장성이 양호한 반도체층이 요철 구조(L)의 오목부(704)로부터 성장하기 때문에, 요철 구조(L)의 오목부(704)에 있어서, 전위를 저감할 수 있게 된다. 한편, 도 28A에서는, 볼록부(703)의 측면부에 요철 구조(A)를 그리고 있지 않지만, 볼록부(703)의 측면에 요철 구조(A)를 형성할 수도 있다. 이 경우, 도파 모드를 어지럽히는 효과가 한층 더 강해지는 동시에, 흐트러진 발광광의 진행 방향을 보다 LED의 두께 방향으로 변화시킬 수 있다고 생각된다. 이 때문에, LED를 패키지화할 때의 밀봉재의 선정이 용이하게 된다. The internal quantum efficiency IQE can be improved by forming the concavo-convex structure A in the
요철 구조(L)가 LED용 웨이퍼(702)와 동일한 재질로 구성되는 경우, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부에서 발생하는 전위를 억제하기 위해서, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 직경은, 바닥부에서 정점으로 향해 작아지는 구조이면 바람직하다. 특히, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부가 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 측면부와 연속하여 이어지는 구조, 바꿔 말하면 볼록부의 정상부는 곡율 반경이 0 초과인 각부로 구성되는 구조이면 바람직하다. 요철 구조(L)는, 원반형, 원추형, n각기둥(n≥3)형, n각추형과 같은 형상을 취할 수 있지만, 그 중에서도, 제1 반도체층의 성장의 균등성을 향상시키고, 제1 반도체층의 내부에 발생하는 크랙이나 전위를 보다 저감한다는 관점에서, 원추형, 원반형, 3각기둥형, 3각추형, 6각기둥형 및 6각추형 중 어느 것이 바람직하다. 한편, 상기 각추의 정상부는, 곡율 반경이 0인 각부라도, 곡율 반경이 0 초과인 라운딩을 띤 각부라도 좋다. 특히, 각추 형상의 경우, 곡율 반경이 0 초과인 각부를 가짐으로써 반도체층의 성장시에 발생하는 크랙을 억제할 수 있으므로, LED의 장기간 신뢰성이 향상된다. 특히, 이들 형상에 있어서, 볼록부(703)의 측면부의 경사 각도가 1 이상 5 이하의 전환점을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 1 이상 3 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 볼록부(703)의 측면부는 직선형이 아니고, 팽창부를 갖는 형상이라도 좋다. In order to suppress the potential generated at the top of the
한편, 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)가 다른 재료로 구성되는 경우, 요철 구조(L)의 볼록부(703)는, 원추형이나 n각추형(n≥3)과 같은 형상 외에, 원반형이나 n각기둥(n≥3)형과 같은, 볼록부(703)의 바닥부를 형성하는 면에 대한 볼록부(703)의 측면부의 경사 각도가 실질적으로 직각인 구조라도 좋다. 특히, 제1 반도체층의 성장 균등성을 향상시키고, 제1 반도체층의 내부에 발생하는 크랙이나 전위를 저감한다는 관점에서, 원추형, 원반형, 3각기둥형, 3각추형, 6각기둥형 및 6각추형 중 어느 것이 바람직하다. 또한, 제1 반도체층 내에 발생하는 크랙을 억제한다는 관점에서, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 직경은, 바닥부에서 정점으로 향해 작아지는 구조이면 바람직하다. 특히, 이들 형상에 있어서, 볼록부(703)의 측면부의 경사 각도가 1 이상 5 이하의 전환점을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 1 이상 3 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 볼록부(703)의 측면부는 직선형이 아니고, 팽창부를 갖는 형상이라도 좋다. 한편, 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)가 다른 재료로 구성되는 경우에는, 요철 구조(L)의 굴절율(nL)과 LED용 웨이퍼(702)의 굴절율(ns)의 차분의 절대치|nL-ns|는 0.1 이상인 것이 바람직하다. 이러한 범위를 만족함으로써, 반도체층으로부터 본 요철 구조(L)의 광학적 존재감을 증가시킬 수 있다. 즉, 광학적 산란성이 증가하기 때문에, 도파 모드를 어지럽히는 효과가 커진다. 나아가서는, LED의 측면 방향으로부터의 광 추출이나 혹은 상면 방향으로부터의 광 추출의 설계가 용이하게 된다.On the other hand, when the concavoconvex structure L and the
도 28B에 도시하는 것과 같이, 요철 구조(L)의 볼록부(703)에 요철 구조(A)가 형성됨으로써, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부에 평탄면이 존재하는 경우라도, 내부 양자 효율(IQE)을 양호하게 향상시킬 수 있다. 이것은, 요철 구조(L)의 평탄면으로부터 반도체층의 성장이 시작되기 때문이다. 즉, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부의 평탄면 상에 있어서의 반도체층의 핵의 부착과 성장을 양호하게 하고, 또한, 성장하는 반도체층끼리의 합체가 양호하게 되므로, 크랙이 억제되는 동시에, 전위의 충돌이 증가하여, 내부 양자 효율(IQE)이 향상된다. 또한, 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥부로부터 성장하는 반도체층에 관해서는, 반도체층의 가로 방향 성장에 의해 전위를 저감하는 것이 가능하다. 혹은, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부로부터 성장하는 반도체층에 의해, 요철 구조(L)의 오목부(704)로부터 성장하는 반도체층의 성장을 저해할 수 있다. 따라서, 반도체층의 전위 밀도는 저하하여, 내부 양자 효율(IQE)을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 반도체층의 성장을 촉진시키기 위해서, 요철 구조(L)의 오목부(704)의 바닥부는 평탄면을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부는 바닥부보다도 작은 구조이면 바람직하다. 또한, 요철 구조(A)에 의해 내부 양자 효율(IQE)을 양호하게 유지한다는 관점에서, 요철 구조(A)는 복수의 볼록부(705)로 구성되는 도트 구조이면서 또 요철 구조(A)의 오목부(706)의 바닥부는 평탄면을 갖는 것이 바람직하다. 더욱이, 요철 구조(A)의 볼록부(703)의 직경이 바닥부에서 정점으로 향해 작아지는 구조이면, 전위 분산화가 보다 촉진되기 때문에 바람직하다. 요철 구조(L)는, 원반형, 원추형, n각기둥(n≥3)형, n각추형과 같은 형상을 들 수 있지만, 그 중에서도, 제1 반도체층의 성장 균등성을 향상시키고, 제1 반도체층 내부에 발생하는 크랙이나 전위를 저감한다는 관점에서, 원추형, 원반형, 3각기둥형, 3각추형, 6각기둥형 및 6각추형 중 어느 것이 바람직하다. 한편, 상기 각추의 정상부는, 곡율 반경이 0인 각부라도, 곡율 반경이 0 초과인 라운딩을 띤 각부라도 좋다. 특히, 각추 형상의 경우, 곡율 반경이 0 초과인 각부를 가짐으로써, 반도체층의 성장시에 발생하는 크랙을 억제할 수 있으므로, LED의 장기간 신뢰성이 향상된다. 특히, 이들 형상에 있어서, 볼록부(703)의 측면부의 경사 각도가 1 이상 5 이하의 전환점을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 1 이상 3 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 볼록부(703)의 측면부는 직선형이 아니고, 팽창부를 갖는 형상이라도 좋다. 또한, 요철 구조(L)의 볼록부(703) 정상부에 요철 구조(A)가 형성되는 경우, LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)를 예컨대 레이저 리프트 오프에 의해 제거하는 것이 용이하게 되므로, LED의 투입 전력당 발광 강도를 증가시킬 수 있다. 28B, even when the
도 28C에 도시하는 구조에 의해, 상기 설명한 도 28A 및 도 28B의 구조에 의해 발현되는 효과를 조합시킬 수 있게 된다. By the structure shown in Fig. 28C, the effects expressed by the structures of Figs. 28A and 28B described above can be combined.
도 28에서는, 요철 구조(L)가 복수의 독립된 볼록부(703)로 구성되는 경우를 예시했지만, 요철 구조(L)는 복수의 독립된 오목부(704)로 구성되어 있어도 좋다. 28 shows a case in which the concavo-convex structure L is constituted by a plurality of independent
도 30은 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 다른 예를 도시하는 단면 개략도이다. 도 30A은, 요철 구조(L)가 독립된 복수의 오목부(704)로 구성되는 동시에, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 표면에 요철 구조(A)가 형성되는 경우이다. 도 30B는, 요철 구조(L)가 독립된 복수의 오목부(704)로 구성되는 동시에, 요철 구조(L)의 오목부(704)의 표면에 요철 구조(A)가 형성되는 경우이다. 도 30C는, 요철 구조(L)가 독립된 복수의 오목부(704)로 구성되는 동시에, 요철 구조(L)의 볼록부(703) 및 오목부(704)의 표면에 요철 구조(A)가 형성되는 경우이다. 30 is a schematic cross-sectional view showing another example of the patterned
도 30A에 도시하는 것과 같이, 요철 구조(L)의 볼록부(703)에 요철 구조(A)가 형성됨으로써 내부 양자 효율(IQE)을 양호하게 향상시킬 수 있다. 또한, 요철 구조(L)가 독립된 복수의 오목부(704)로 구성되므로, 요철 구조(L)의 오목부(704)의 내부에 공동을 형성하기가 용이하게 된다. 이 경우, 레이저 리프트 오프에 의한 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 제거 정밀도가 향상된다. 더욱이, 공동을 형성하는 경우, 반도체층과 공동의 굴절율의 차가 매우 커지므로, 광 추출 효율(LEE)의 증가 정도가 급증한다. 이것은, 도 30B 또는 도 30C에 도시하는 요철 구조에 관해서도 마찬가지이다. The internal quantum efficiency IQE can be improved by forming the concavo-convex structure A in the
이상 설명한 것과 같이, 요철 구조(A)의 주된 기능은 내부 양자 효율(IQE)의 개선과 크랙의 억제이다. 이 때문에, 요철 구조(A)의 재질은, LED용 웨이퍼(702)를 구성하는 재질과 동일하면 바람직하다. 한편, 요철 구조(L)의 주된 기능은 광 추출 효율(LEE)의 개선이다. 이 때문에, 요철 구조(L)의 재질은, LED용 웨이퍼(702)와 동일하더라도 다르더라도 좋다. 예컨대, 요철 구조(A) 및 요철 구조(L) 모두 사파이어, SiC(탄화규소), 질화물 반도체, Si(실리콘) 또는 스피넬로 구성되는 경우나, 요철 구조(A)가 사파이어, SiC, 질화물 반도체, Si 또는 스피넬로 구성되고, 요철 구조(L)가 금속 알루미늄, 비정질 산화알루미늄, 다결정 산화알루미늄, 다결정 사파이어, 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 은(Ag), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au) 혹은 백금(Pt) 중, 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물로 구성되는 경우를 들 수 있다. As described above, the main function of the concavo-convex structure (A) is improvement of internal quantum efficiency (IQE) and suppression of cracks. Therefore, it is preferable that the material of the concavo-convex structure (A) is the same as the material constituting the
도 27C는, 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)의 다른 예를 도시하는 단면 모식도이다. 도 27C에 도시하는 것과 같이, LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)의 표면에 구조 밀도가 높은 요철 구조(A)가 형성되고, 요철 구조(A)의 표면의 적어도 일부의 위에 체적 변화가 큰 요철 구조(L)가 형성된다. 보다 구체적으로는, LED용 웨이퍼(702)의 주면에, 복수의 볼록부(705) 및 오목부(706)로 구성된 요철 구조(A)가 형성되고, 또한 요철 구조(A)의 표면이 일부 노출하도록 상호 이격되어 복수의 볼록부(703)가 형성되어, 요철 구조(L)를 구성하고 있다. Fig. 27C is a schematic cross-sectional view showing another example of the patterned
이러한 구성에 의해, 요철 구조(L)를 구성하는 볼록부(703) 사이에 노출되는 요철 구조(A)에 의해 크랙을 개선하여 내부 양자 효율(IQE)을 향상시킬 수 있게 되고, 요철 구조(L)에 의한 광학적 산란성(광 회절 또는 광 산란)에 의해 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. With this configuration, it is possible to improve the internal quantum efficiency IQE by improving the cracks by the concavo-convex structure A exposed between the
도 27C에 도시하는 것과 같이, 요철 구조(A)의 표면의 일부에 요철 구조(L)가 형성됨으로써 내부 양자 효율(IQE)을 향상시키면서 또 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있다. 이것은, 요철 구조(A)에 의해 반도체층의 핵의 부착, 성장, 그리고 성장하는 반도체층끼리의 합체를 양호하게 할 수 있기 때문에, 전위의 충돌이 양호하게 일어나 내부 양자 효율(IQE)이 향상되는 동시에, 상기 합체 부위를 분산화할 수 있기 때문에, 크랙을 억제할 수 있기 때문이다. 더욱이, 요철 구조(L)에 의한 광학적 산란성에 의해 도파 모드를 어지럽힐 수 있기 때문이다. As shown in Fig. 27C, by forming the concavo-convex structure L in a part of the surface of the concavo-convex structure A, the internal quantum efficiency IQE can be improved and the light extraction efficiency LEE can be improved. This is because the adhesion of the nucleus of the semiconductor layer, growth and coalescence of the growing semiconductor layers can be improved by the concavo-convex structure (A), so that collision of dislocations occurs well and the internal quantum efficiency IQE is improved At the same time, since the merged portion can be dispersed, cracks can be suppressed. Moreover, the optical scattering property by the concavo-convex structure L can disturb the waveguide mode.
요철 구조(L)의 재질과 LED용 웨이퍼(702)의 재질이 다른 경우, 요철 구조(L)는, 원반형이나 n각기둥(n≥3)형과 같은, 볼록부 정상부의 폭과 볼록부 바닥부의 폭이 실질적으로 같은 구조라도 좋다. 특히, 제1 반도체층 내에 발생하는 크랙을 보다 양호하게 억제한다는 관점에서, 요철 구조(L)의 볼록부 정상부의 폭은 요철 구조(L)의 볼록부 바닥부의 폭보다도 작은 구조이면 바람직하다. When the material of the concavoconvex structure L and the material of the
한편, 요철 구조(L)와 LED용 웨이퍼(702)의 재질이 동일한 경우, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부에서 발생하는 전위를 억제하기 위해서, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부는 그 바닥부보다도 작은 구조이면 바람직하다. 특히, 요철 구조(L)의 볼록부(703)의 정상부가 그 측면부와 연속하여 이어지는 구조, 바꿔 말하면 볼록부 정상부의 폭이 0에 점차 근접하는 구조이면 바람직하다. 한편, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 있어서의 검토로부터, 볼록부 정상부의 폭이 0에 점차 근접한다고 하는 표현은, 테이블 톱의 크기가 100 nm 이하인 경우를 포함하는 것으로서 해석할 수 있다고 생각할 수도 있다.On the other hand, when the material of the concave-convex structure L and the material for the
더욱이, 요철 구조(L)에 의해서도 내부 양자 효율(IQE)을 보다 향상시킨다는 관점에서, 요철 구조(L)는 복수의 볼록부(703)로 구성되는 도트 구조이면 바람직하다. 이것은, 볼록부(703) 사이에 형성되는 오목부(704)로부터 성장하는 반도체층 내부의 전위를, 가로 방향 성장에 의해 저감할 수 있기 때문이다. 동일한 효과에서 볼 때, 요철 구조(L)의 볼록부 정상부의 폭은 볼록부 바닥부의 폭보다도 작으면 바람직하다. Furthermore, from the viewpoint of further improving the internal quantum efficiency IQE by the concavo-convex structure L, the concavo-convex structure L preferably has a dot structure composed of a plurality of
한편, 내부 양자 효율(IQE)을 보다 향상시킨다는 관점에서, 요철 구조(A)는, 복수의 볼록부(705)로 구성되는 도트 구조이면서 또 요철 구조(A)의 오목부(706)의바닥부는 평탄면을 갖는 것이 바람직하다. 더욱이, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 폭이 볼록부 바닥부의 폭보다도 작은 구조이면, 전위 분산화가 보다 촉진되기 때문에 바람직하다. On the other hand, from the viewpoint of further improving the internal quantum efficiency (IQE), the concavo-convex structure A has a dot structure composed of the plurality of
이상 설명한 것과 같이, 요철 구조(A)의 주된 기능은 내부 양자 효율(IQE)의 개선이다. 이 때문에, 요철 구조(A)의 재질은, LED용 웨이퍼(702)를 구성하는 재질이면 바람직하다. 한편, 요철 구조(L)의 주된 기능은 광 추출 효율(LEE)의 개선이다. 이 때문에, 요철 구조(L)의 재질은, LED용 웨이퍼(702)와 같더라도 다르더라도 좋다. As described above, the main function of the concavo-convex structure (A) is improvement of the internal quantum efficiency (IQE). Therefore, it is preferable that the material of the concavo-convex structure (A) is a material constituting the
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)를 사용함으로써, 이미 설명한 원리에 의해, 크랙이 억제되면서 또 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층을 얻을 수 있다. 또한, LED 칩에 있어서, 높은 광 추출 효율(LEE)을 발휘한다. 즉, 효율적으로 발광하는 동시에, 발광한 빛을 LED 칩의 외부로 효과적으로 추출하는 동시에, LED 칩의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)를 사용하여 제조된 LED 소자는 발열량이 작아진다. 발열량이 작아지는 것은, LED 소자의 장기간 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라, 방열 대책에 따른 부하(예컨대, 방열 부재를 과대히 설치하는 것)를 저감할 수 있다는 것을 의미한다. By using the
LED용 웨이퍼(702)와 요철 구조의 재질이 다른 경우의 요철 구조를 구성하는 재료로서는, 예컨대, 상기 설명한 LED용 웨이퍼(702)의 재질이나, 금속 알루미늄, 비정질 산화알루미늄, 다결정 산화알루미늄, 다결정 사파이어, 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(Si3N4), 은(Ag), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au) 혹은 백금(Pt) 중, 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. The material for the
<<LED용 패턴 웨이퍼(2)의 제조 방법>><< Manufacturing Method of Pattern Wafer (2) for LED >>
이어서, 본 발명의 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)의 제조 방법에 관해서 설명한다. Next, a method of manufacturing the patterned wafer 2 (710) for LED according to the embodiment of the present invention will be described.
본 실시형태에 따른 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)는, 상기 설명한 조건을 만족한 요철 구조를 구비하면, 그 제조 방법은 한정되지 않으며, LED용 패턴 웨이퍼(1)와 같은 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. If the LED pattern wafers (2) 710 according to the present embodiment are provided with the concavo-convex structure satisfying the above-described conditions, the manufacturing method thereof is not limited. By the same manufacturing method as the
LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)의 경우, 요철 구조(L)를 제작하고, 이어서 요철 구조(A)를 제작함으로써, 요철 구조(720)를 제조할 수 있다. 요철 구조(L)의 제조 방법은 두 가지로 분류할 수 있다. In the case of the
(1) LED용 웨이퍼를 직접 가공하여 요철 구조(L)를 형성하는 경우 (1) When the wafer for LED is directly processed to form the concavoconvex structure L
LED용 웨이퍼(702)를 직접 가공하여 요철 구조(L)를 형성하는 방법으로서는, 전사법, 포토리소그래피법, 열리소그래피법, 전자선묘화법, 간섭노광법, 나노 입자를 마스크로 한 리소그래피법, 자기 조직화 구조를 마스크로 한 리소그래피법 등에 의해 제조할 수 있다. 특히, LED용 웨이퍼(702)의 요철 구조의 가공 정밀도나 가공 속도의 관점에서, 포토리소그래피법 또는 전사법을 채용하면 바람직하다. 한편, 에칭 방법은 습식 에칭이라도 건식 에칭이라도 좋다. 특히, 요철 구조(L)의 볼록부 측면의 면방위를 정밀하게 제어하는 경우는, 습식 에칭이면 바람직하다. 한편, 요철 구조(L)의 형상 정밀 제어라는 관점에서는, 건식 에칭법이 바람직하며, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 건식 에칭법을 채용할 수 있다. 전사법에 관해서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 것과 같다. As a method of forming the concave-convex structure L by directly processing the wafer for
(2) 요철 구조(L)를 LED용 웨이퍼 상에 별도 형성하는 경우 (2) When the concavo-convex structure L is separately formed on the LED wafer
요철 구조(L)를 LED용 웨이퍼(702) 상에 별도 형성하는 방법으로서는, 전사법, 입자를 내포하는 박막을 LED용 웨이퍼(702) 상에 성막하고, 그 후 입자 사이를 채우는 바인더를 제거하는 방법이나, LED용 웨이퍼(702) 상에 성막한 레지스트의 일부를 제거하고, 제거된 부분에 요철 구조(L)를 구성하는 재료를 채우고(예컨대, 증착이나 스퍼터법, 전기주조법 등), 마지막으로 레지스트를 제거하는 방법이나, LED용 웨이퍼(702) 상에 요철 구조(L)의 재료를 성막하고, 성막된 요철 구조(L)의 재료를 직접 가공하는 방법 등을 들 수 있다. As a method of separately forming the concavoconvex structure L on the
상기 설명한 방법에 의해 요철 구조(L)를 제작하고, 이어서 요철 구조(A)를 제작함으로써 요철 구조(720)를 제조할 수 있다. The concavo-
요철 구조(A)를 요철 구조(L) 상에 형성하는 방법으로서는, 전사법, 포토리소그래피법, 열리소그래피법, 전자선묘화법, 간섭노광법, 나노 입자를 마스크로 한 리소그래피법, 자기 조직화 구조를 마스크로 한 리소그래피법 등을 들 수 있다. 특히, LED용 패턴 웨이퍼의 요철 구조의 가공 정밀도나 가공 속도의 관점에서, 나노 입자를 마스크로 한 리소그래피법 또는 전사법을 채용하면 바람직하다. 전사법에 관해서는 후술한다. As a method of forming the concave-convex structure A on the concavo-convex structure L, a transfer method, a photolithography method, a thermal lithography method, an electron beam lithography method, an interference exposure method, a lithography method using a nanoparticle as a mask, A lithography method using a mask, and the like. In particular, from the viewpoints of processing accuracy and processing speed of the concavo-convex structure of the patterned wafer for LED, it is preferable to employ a lithography method or a transfer method using nanoparticles as a mask. I will explain the law of jurisdiction later.
또한, 요철 구조(A)를 제작하고, 이어서 요철 구조(L)를 제작함에 의해서도, 요철 구조(720)를 제조할 수 있다. The concave-
요철 구조(A)를 형성하는 방법으로서는, 전사법, 포토리소그래피법, 열리소그래피법, 전자선묘화법, 간섭노광법, 나노 입자를 마스크로 한 리소그래피법, 자기 조직화 구조를 마스크로 한 리소그래피법 등을 들 수 있다. 특히, 요철 구조의 가공 정밀도나 가공 속도의 관점에서, 나노 입자를 마스크로 한 리소그래피법 또는 전사법을 채용하면 바람직하다. 전사법에 관해서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 것과 같다. Examples of the method of forming the concavoconvex structure A include a transfer method, a photolithography method, a thermal lithography method, an electron beam lithography method, an interference exposure method, a lithography method using a nanoparticle as a mask, a lithography method using a self- . Particularly, from the viewpoints of processing accuracy and processing speed of the concavo-convex structure, it is preferable to adopt a lithography method or a transfer method using nanoparticles as a mask. The transfer method is the same as that described for the patterned
요철 구조(A)를 구비한 LED용 웨이퍼에 대하여, 요철 구조(L)를 제작함으로써 요철 구조(720)를 제조할 수 있다. The concave-
요철 구조(A)를 더 가공함으로써, 요철 구조(720)를 제조할 수 있다. 요철 구조(A)를 더 가공하는 방법으로서는, 전사법, 포토리소그래피법, 열리소그래피법, 전자선묘화법, 간섭노광법, 나노 입자를 마스크로 한 리소그래피법, 자기 조직화 구조를 마스크로 한 리소그래피법 등에 의해 제조할 수 있다. 특히, LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)의 요철 구조의 가공 정밀도나 가공 속도의 관점에서, 포토리소그래피법 혹은 전사법을 채용하면 바람직하다. 전사법에 관해서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 것과 같다. By further processing the concave-convex structure (A), the concave-
LED용 웨이퍼(702)에 요철 구조(720)를 갖는 요철 구조층을 별도 형성하는 경우, 요철 구조(A)를 제작하고, 이어서 요철 구조(L)를 제작함으로써, 요철 구조(720)를 제조할 수 있다. When the concave-convex structure layer having the concave-
요철 구조(A)를 형성하는 방법으로서는, 전사법, 포토리소그래피법, 열리소그래피법, 전자선묘화법, 간섭노광법, 나노 입자를 마스크로 한 리소그래피법, 자기 조직화 구조를 마스크로 한 리소그래피법 등을 들 수 있다. 특히, 요철 구조의 가공 정밀도나 가공 속도의 관점에서, 나노 입자를 마스크로 한 리소그래피법 또는 전사법을 채용하면 바람직하다. 전사법에 관해서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에서 설명한 것과 같다. Examples of the method of forming the concavoconvex structure A include a transfer method, a photolithography method, a thermal lithography method, an electron beam lithography method, an interference exposure method, a lithography method using a nanoparticle as a mask, a lithography method using a self- . Particularly, from the viewpoints of processing accuracy and processing speed of the concavo-convex structure, it is preferable to adopt a lithography method or a transfer method using nanoparticles as a mask. The transfer method is the same as that described for the patterned
요철 구조(A)를 구비한 LED용 웨이퍼에 대하여, 별도로 요철 구조(L)를 형성함으로써 LED용 패턴 웨이퍼(2)(710)를 제조할 수 있다. It is possible to manufacture the
요철 구조(L)를 별도 형성하는 방법으로서는, 예컨대, 전사법, 입자를 내포하는 박막을 LED용 웨이퍼(702) 상에 성막하고, 그 후 입자 사이를 채우는 바인더를 제거하는 방법을 들 수 있다. 또한, LED용 웨이퍼(702) 상에 성막한 레지스트의 일부를 제거하고, 제거된 부분에 요철 구조(L)를 구성하는 재료를 채우고(예컨대, 증착이나 스퍼터법, 전기주조법 등), 마지막으로 레지스트를 제거하는 방법을 들 수 있다. 또한, 요철 구조(L)의 재료를 성막하여, 성막된 요철 구조(L)의 막을 직접 가공하는 방법을 들 수 있다. As a method of separately forming the concave-convex structure L, for example, a transfer method, a method of forming a thin film containing particles on the
실시예Example
이하, 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 행한 실시예에 관해서 설명한다. Hereinafter, examples for the purpose of confirming the effects of the present invention will be described.
이하의 설명에서 사용하는 기호는 다음의 의미를 나타낸다. The symbols used in the following description have the following meanings.
·DACHP…불소 함유 우레탄(메트)아크릴레이트(OPTOOL(등록상표) DAC HP(다이킨고교사 제조))· DACHP ... Fluorine-containing urethane (meth) acrylate (OPTOOL (registered trademark) DAC HP (manufactured by Daikin Industries)
·M350…트리메틸올프로판(EO 변성)트리아크릴레이트(도아고세이사 제조 M350)· M350 ... Trimethylolpropane (EO-modified) triacrylate (M350, manufactured by Toagosei Co., Ltd.)
·I.184…1-히드록시시클로헥실페닐케톤(BASF사 제조 Irgacure(등록상표, 이하 동일) 184)· I.184 ... 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (Irgacure (registered trademark; hereinafter the same) 184 manufactured by BASF)
·I.369…2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논-1(BASF사 제조 Irgacure 369)· I.369 ... 2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1 (Irgacure 369, manufactured by BASF)
·TTB…티탄(IV)테트라부톡시드 모노머(와코쥰야쿠고교사 제조)· TTB ... Titanium (IV) tetrabutoxide monomer (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
·SH710…페닐 변성 실리콘(도오레다우코닝사 제조)· SH710 ... Phenyl-modified silicone (manufactured by Dow Corning)
·3APTMS…3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란(KBM5103(신에츠실리콘사 제조))· 3APTMS ... 3-acryloxypropyltrimethoxysilane (KBM5103 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.))
·MEK… 메틸에틸케톤· MEK ... Methyl ethyl ketone
·MIBK…메틸이소부틸케톤· MIBK ... Methyl isobutyl ketone
·DR833…트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트(SR833(SARTOMER사 제조))· DR833 ... Tricyclodecane dimethanol diacrylate (SR833 (manufactured by SARTOMER))
·SR368…트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트트리아크릴레이트(SR833(SARTOMER사 제조))· SR368 ... Tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate triacrylate (SR833 (manufactured by SARTOMER))
LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제작하고, LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용하여, LED용 에피택셜 웨이퍼를 제작하여, 내부 양자 효율(IQE) 및 크랙을 평가했다. 이어서, 칩화하여, LED의 효율을 비교했다. An
이하의 검토에서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제작하기 위해서, 우선 (1) 원통형 마스터 몰드를 제작하고, (2) 원통형 마스터 몰드에 대하여 광전사법을 적용하여, 릴형 수지 몰드를 제작했다. (3) 그 후, 릴형 수지 몰드를 나노 가공용 필름으로 가공했다. 이어서, (4) 나노 가공용 필름을 사용하여, LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제작했다. 마지막으로, (5) LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용하여, LED용 에피택셜 웨이퍼를 제작하고, 성능을 평가했다. 한편, 요철 구조(A)는, (1)에서 제작하는 원통형 마스터 몰드의 요철 구조, (3)에서 행하는 광전사법, (4)에서 제작하는 나노 가공용 필름에 의해 제어했다. In the following discussion, in order to manufacture the patterned
(1) 원통형 마스터 몰드의 제작(1) Fabrication of cylindrical master mold
반도체 레이저를 이용한 직접 묘화 리소그래피법에 의해 원통형 석영 유리의 표면에 요철 구조를 형성했다. 우선 원통형 석영 유리 표면 상에, 스퍼터링법에 의해 레지스트층을 성막했다. 스퍼터링법은, 타겟(레지스트층)으로서, 3 인치φ의 CuO(8 atm% Si 함유)를 이용하여, RF 100 W의 전력으로 실시하여, 20 nm의 레지스트층을 성막했다. 이어서, 원통형 석영 유리를 회전시키면서, 파장 405 nmn 반도체 레이저를 이용하여 전면을 노광했다. 그 후, 노광된 레지스트층에 대하여, 파장 405 nm의 반도체 레이저를 사용하여, 펄스 노광을 했다. 한편, 펄스 패턴은 정육방 배열이 되도록 설정했다. 이어서, 노광 후의 레지스트층을 현상했다. 레지스트층의 현상은, 0.03 wt%의 글리신 수용액을 이용하여, 240초간 처리로 했다. 이어서, 현상한 레지스트층을 마스크로 하여, 건식 에칭에 의한 에칭층(석영 유리)의 에칭을 했다. 건식 에칭은, 에칭 가스로서 SF6을 이용하고, 처리 가스압 1 Pa, 처리 전력 300 W의 조건으로 실시했다. 마지막으로, 표면에 요철 구조가 부여된 원통형 석영 유리로부터, 레지스트층 잔사만을, pH 1의 염산을 이용하여 박리했다. 박리 시간은 6분간으로 했다. A concave-convex structure was formed on the surface of the cylindrical quartz glass by a direct-write lithography method using a semiconductor laser. First, a resist layer was formed on the cylindrical quartz glass surface by a sputtering method. In the sputtering method, a resist layer of 20 nm thickness was formed by using CuO (containing 8 atm% Si) of 3 inches in diameter as a target (resist layer) at a power of
얻어진 원통형 석영 유리의 요철 구조에 대하여, 불소계 이형제인 듀라사프(등록상표, 이하 동일) HD-1101Z(하베스사 제조)를 도포하여, 60℃에서 1시간 가열 후, 실온에서 24시간 정치하여 고정화했다. 그 후, 듀라사프 HD-ZV(하베스사 제조)로 3회 세정하여, 원통형 마스터 몰드를 얻었다. HD-1101Z (manufactured by Harves Co., Ltd.), which is a fluorine-based mold release agent, was applied to the concave-convex structure of the obtained cylindrical quartz glass, heated at 60 占 폚 for 1 hour, did. Thereafter, the resultant was washed three times with Duracaf HD-ZV (manufactured by Harves) to obtain a cylindrical master mold.
(2) 릴형 수지 몰드의 제작(2) Production of reel-type resin mold
제작한 원통형 마스터 몰드를 주형으로 하고, 광나노임프린트법을 적용하여, 연속적으로 릴형 수지 몰드 G1을 제작했다. 이어서, 릴형 수지 몰드 G1을 템플릿으로 하여, 광나노임프린트법에 의해, 연속적으로 릴형 수지 몰드 G2를 얻었다. The reel-type resin mold G1 was continuously produced by using the manufactured cylindrical master mold as a mold and applying a photo-nanoimprint method. Subsequently, using a reel-type resin mold G1 as a template, a reel-type resin mold G2 was continuously obtained by a photo-nanoimprint method.
PET 필름 A-4100(도요보세키사 제조: 폭 300 mm, 두께 100 ㎛)의 이접착면에 마이크로 그라비아 코팅(야스이세이키사 제조)에 의해, 도포 막 두께 3 ㎛가 되도록 이하에 나타내는 재료 1을 도포했다. 이어서, 원통형 마스터 몰드에 대하여, 재료 1이 도포된 PET 필름을 닙롤로 압박하고, 대기 하에, 온도 25℃, 습도 60%로, 램프 중심 하에서의 적산 노광량이 1500 mJ/㎠가 되도록, 퓨전 UV 시스템 재팬가부시키가이샤 제조 UV 노광 장치(H 벌브)를 이용하여 자외선을 조사하고, 연속적으로 광경화를 실시하여, 표면에 요철 구조가 전사된 릴형 수지 몰드 G1(길이 200 m, 폭 300 mm)을 얻었다. 여기서, 닙롤의 압압에 의해, PET 필름 상에 형성되는 재료 1의 경화체의 막 두께가 1500 nm가 되도록 조정했다. The following
이어서, 릴형 수지 몰드 G1을 템플릿으로서 선정하고, 광나노임프린트법을 적용하여 연속적으로 릴형 수지 몰드 G2를 제작했다. Subsequently, the reel-type resin mold G1 was selected as a template, and a reel-type resin mold G2 was produced continuously by applying the photo-nanoimprint method.
PET 필름 A-4100(도요보세키사 제조: 폭 300 mm, 두께 100 ㎛)의 이접착면에 마이크로 그라비아 코팅(야스이세이키사 제조)에 의해, 재료 1을 도포 막 두께 3 ㎛가 되도록 도포했다. 이어서, 릴형 수지 몰드 G1의 요철 구조면에 대하여, 재료 1이 도포된 PET 필름을 닙롤(0.1 MPa)로 압박하고, 대기 하에, 온도 25℃, 습도 60%로, 램프 중심 하에서의 적산 노광량이 1200 mJ/㎠가 되도록, 퓨전 UV 시스템 재팬가부시키가이샤 제조 UV 노광 장치(H 벌브)를 이용하여 자외선을 조사하고, 연속적으로 광경화를 실시하여, 표면에 요철 구조가 전사된 릴형 수지 몰드 G2(길이 200 m, 폭 300 mm)를 복수 얻었다. The
재료 1…DACHP:M350:I.184:I.369=17.5 g:100 g:5.5 g:2.0 g
(3) 나노 가공용 필름의 제작(3) Fabrication of nano processing film
릴형 수지 몰드 G2의 요철 구조면에 대하여, 하기 재료 2의 희석액을 도공했다. 이어서, 재료 2를 요철 구조 내부에 내포하는 릴형 수지 몰드 G2의 요철 구조면 상에, 하기 재료 3의 희석액을 도공하여, 나노 가공용 필름을 얻었다. A dilute solution of the following
재료 2…TTB:3APTMS:SH710:I.184:I.369=65.2 g:34.8 g:5.0 g:1.9 g:0.7 g
재료 3…바인딩 중합체:SR833:SR368:I.184:I.369=38 g:11.5 g:11.5 g:1.47 g:0.53 g
바인딩 중합체…벤질메타크릴레이트 80 질량%, 메타크릴산 20 질량%의 2원 공중합체의 메틸에틸케톤 용액(고형분 50%, 중량 평균 분자량 29000)Binding polymers ... A methyl ethyl ketone solution (solid content: 50%, weight average molecular weight: 29000) of a binary copolymer of benzyl methacrylate of 80% by mass and methacrylic acid of 20% by mass,
(2) 릴형 수지 몰드의 제작과 같은 장치를 사용하여, PGME, 아세톤 및 이소프로판올의 혼합 용제로 희석한 재료 2를, 릴형 수지 몰드 G2의 요철 구조면 상에 직접 도공했다. 여기서, 희석 농도는, 단위 면적당 도공 원료(혼합 용제로 희석한 재료 2) 중에 포함되는 고형분량이, 단위 면적당 요철 구조의 체적보다도 20% 이상 작아지도록 설정했다. 도공 후, 105℃의 송풍 건조로 안을 5분간 걸쳐 통과시키고, 재료 2를 요철 구조 내부에 내포하는 릴형 수지 몰드 G2를 권취하여 회수했다. (2) A
이어서, 재료 2를 요철 구조 내부에 내포하는 릴형 수지 몰드 G2를 풀어내는 동시에, (2) 릴형 수지 몰드의 제작과 같은 장치를 사용하여, PGME, MEK, MIBK 및 아세톤의 혼합 용제로 희석한 재료 3을, 요철 구조면 상에 직접 도공했다. 여기서, 희석 농도는, 요철 구조 내부에 배치된 재료 2와 도공된 재료 3의 계면과, 재료 3의 표면과의 거리가 400 nm~800 nm가 되도록 설정했다. 도공 후, 105℃의 송풍 건조로 안을 5분간 걸쳐 통과시키고, 재료 3의 표면에 이형 처리를 실시한 PET 필름으로 이루어지는 커버 필름을 합쳐, 권취하여 회수했다. Subsequently, the reel-type resin mold G2 containing the
(4) LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)의 제조 (4) Fabrication of pattern wafers (1) (10) for LED
LED용 패턴 웨이퍼(1)(10)로서는 A면(11-20)에 오리엔테이션 플랫이 있는 C면(0001)의 4 인치φ의 사파이어 웨이퍼를 사용했다. As the pattern wafers (1) (10) for LED, a sapphire wafer having a 4-inch phi of C plane (0001) with an orientation flat on the A face (11-20) was used.
사파이어 웨이퍼에 대하여 UV-O3 처리를 5분간 실시하여, 표면의 파티클을 제거하는 동시에, 친수화했다. 이어서, 나노 가공용 필름의 재료 3의 표면을, 사파이어 웨이퍼에 대하여 접합했다. 여기서, 릴형 수지 몰드 G2의 요철 구조는 복수의 오목부가 정육방 배열된 요철 구조이다. 즉, 나노 가공용 필름은, 6회 대칭의 오목부 배열을 구비하는 릴형 수지 몰드 G2를 포함한다. 여기서, 사파이어 웨이퍼의 결정축과, 나노 가공용 필름의 요철 구조의 배열축 A을 소정의 회전 시프트각(Θ) 범위 내에서 조정하여, 접합했다. 접합은, 회전 시프트각(Θ)을 조정하고, 사파이어 웨이퍼를 110℃로 가온한 상태에서 행했다. 이어서, 고압 수은등 광원을 사용하고, 중심 파장이 365 nm인 UV-LED 광원을 사용하여, 적산 광량이 1200 mJ/㎠가 되도록 릴형 수지 몰드 G2 너머로 광 조사했다. 그 후, 릴형 수지 몰드 G2를 박리했다. The sapphire wafer was subjected to UV-O 3 treatment for 5 minutes to remove particles on the surface and to make the sapphire wafer hydrophilic. Subsequently, the surface of the
얻어진 적층체(재료 2/재료 3/사파이어 웨이퍼로 이루어지는 적층체)의 재료 2면 측에서 산소 가스를 사용한 에칭(산소 애싱)을 하고, 재료 2를 마스크로서 선정하여 재료 3을 나노 가공하여, 사파이어 웨이퍼 표면을 부분적으로 노출시켰다. 산소 애싱은, 처리 가스압 1 Pa, 처리 전력 300 W의 조건으로 행했다. 이어서, 재료 2면 측에서 BCl3 가스와 Cl2 가스의 혼합 가스를 사용한 반응성 이온 에칭을 실시하여, 사파이어 웨이퍼를 나노 가공했다. 에칭은, ICP: 150 W, BIAS: 50 W, 압력 0.2 Pa로 실시하고, 반응성 이온 에칭 장치(RIE-101iPH, 삼코가부시키가이샤 제조)를 사용했다. Etching (oxygen ashing) using oxygen gas was performed on the two sides of the material of the obtained laminate (
마지막으로, 황산 및 과산화수소수를 2:1의 중량비로 혼합한 용액으로 세정하여, 요철 구조(20), 즉 요철 구조(A)를 표면에 구비하는, 복수의 사파이어 웨이퍼를 얻었다. Finally, a plurality of sapphire wafers were obtained in which a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide water was mixed at a weight ratio of 2: 1 to prepare a concavo-
사파이어 웨이퍼 상에 제작한 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 형상은, 반응성 이온 에칭의 처리 시간으로 조정했다. 즉, 재료 3이 완전히 소실되기 전에 반응성 이온 에칭을 정지시킴으로써, 볼록부 정상부에 테이블 톱이 있는 형상을 제작하고, 재료 3가 완전히 소실될 때까지 반응성 이온 에칭을 행함으로써, 볼록부 정상부에 테이블 톱이 없고 라운딩을 띤 정상부를 제작했다. 또한, 반응성 이온 에칭을 과잉으로 행하는, 즉 오버 에칭을 적용함으로써, 볼록부 바닥부의 직경(φ)을 조정했다. The shape of the convex portion of the concavo-convex structure (A) formed on the sapphire wafer was adjusted by the processing time of the reactive ion etching. That is, the reactive ion etching is stopped before the
(5) LED용 에피택셜 웨이퍼의 제작(5) Fabrication of epitaxial wafer for LED
얻어진 LED용 패턴 웨이퍼(1) 상에, 버퍼층으로서 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)의 저온 성장 버퍼층을 100Å 성막했다. 이어서, 비도핑 제1 반도체층으로서, 비도핑 GaN을 성막하고, 도핑 제1 반도체층으로서, Si 도핑의 GaN을 성막했다. 이어서, 왜곡 흡수층을 설치하고, 그 후 발광 반도체층으로서, 다중 양자 우물의 활성층(웰층, 장벽층=비도핑의 InGaN, Si 도핑의 GaN)를 각각의 막 두께를 (60Å, 250Å)로 하여 웰층이 6층, 장벽층이 7층이 되도록 교대로 적층했다. 발광 반도체층 상에, 제2 반도체층으로서, 일렉트로블로킹층을 포함하도록 Mg 도핑의 AlGaN, 비도핑의 GaN, Mg 도핑의 GaN을 적층했다. 이어서, ITO를 성막하고, 에칭 가공한 후에 전극 패드를 부착했다. 이 상태에서, 프로버를 이용하여 p 전극 패드와 n 전극 패드 사이에 20 mA의 전류를 흘려 발광 출력을 측정했다. On the obtained
내부 양자 효율(IQE)은 PL 강도로 결정했다. 내부 양자 효율(IQE)은, (단위 시간에 발광 반도체층에서 발생하는 광자의 수/단위 시간에 반도체 발광 소자에 주입되는 전자의 수)에 의해 정의된다. 본 실시예에서는, 상기 내부 양자 효율(IQE)을 평가하는 지표로서, (300 K로 측정한 PL 강도/10 K로 측정한 PL 강도)를 채용했다. The internal quantum efficiency (IQE) was determined by PL intensity. The internal quantum efficiency IQE is defined by (the number of photons generated in the light emitting semiconductor layer per unit time / the number of electrons injected into the semiconductor light emitting element per unit time). In this embodiment, PL intensity measured at 300 K / PL intensity measured at 10 K was used as an index for evaluating the internal quantum efficiency (IQE).
광 추출 효율(LEE)은, 발광 출력과 내부 양자 효율(IQE)로부터 계산하여 산출했다. The light extraction efficiency (LEE) was calculated from the light emission output and the internal quantum efficiency (IQE).
크랙은, 반도체층의 성막을 패싯 형성 과정에서 멈춘 상태의 LED용 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 반도체층면 측에서, 광학 현미경, 원자간력 현미경 및 주사형 전자 현미경을 이용한 관찰을 하여 판단했다. 또한, 합쳐서 상기 LED용 에피택셜 웨이퍼를 할단하고, 반도체층의 단면에 대한 주사형 전자 현미경 관찰을 하여, 크랙을 평가했다. Cracks were determined by observing the epitaxial wafer for LEDs in which the film formation of the semiconductor layer was stopped during the process of forming the facets, using an optical microscope, an atomic force microscope, and a scanning electron microscope on the semiconductor layer side. Further, the epitaxial wafer for LEDs was taken out together, and a cross section of the semiconductor layer was observed by a scanning electron microscope to evaluate cracks.
(실시예 1, 비교예 1)(Example 1, Comparative Example 1)
실시예 1 및 비교예 1에서는, 볼록부 정상부 형상의 영향을 조사했다. 볼록부 정상부의 형상은 주사형 전자 현미경을 이용하여 관찰했다. 요철 구조(A)는, 정육방 배열이었다. 즉, 6회 대칭 배열이었다. 또한, 평균 간격(Pave)으로서는, 300 nm와 900 nm의 두 가지를 제작했다. 회전 시프트각(Θ)은 30°로 했다. 이런 조건 하에, 볼록부 정상부가, 라운딩을 띤 각부인 형상인 경우(실시예 1)와, 테이블 톱이 있는 경우(비교예 1)를 비교했다. 제작한 샘플을 표 1에 기재했다. 한편, 실시예 1의 볼록부 정상부의 단면에 대한 형상은 콘 형상이었다. In Example 1 and Comparative Example 1, the influence of the convex top shape was investigated. The shape of the convex portion was observed using a scanning electron microscope. The concavo-convex structure (A) was a meat-laying array. That is, it was a six-fold symmetrical arrangement. In addition, as the average interval (Pave), 300 nm and 900 nm were produced. The rotation shift angle? Was set to 30 °. Under these conditions, the convex portion was compared with the case where the convex portion had a rounded shape (Example 1) and the case where the table top was present (Comparative Example 1). The prepared samples are shown in Table 1. On the other hand, the convex portion of Example 1 had a conical shape in cross section.
표 1로부터 알 수 있는 것과 같이, 볼록부 정상부의 형상이 라운딩을 띤 각부인 경우(실시예 1), 내부 양자 효율(IQE)이 향상되는 동시에, 크랙이 저감하고 있는 것을 알 수 있다. 우선, 내부 양자 효율(IQE)에 관해서는, 볼록부 정상부의 형상이 라운딩을 띤 각부인 경우(실시예 1), 투과형 전자 현미경 관찰로부터, 요철 구조(A)의 오목부 근방에서 전위끼리가 충돌하여 소실되고 있는 것이 확인되었으므로, 전위 밀도가 저감했기 때문이라고 생각된다. 한편, 볼록부 정상부에 테이블 톱이 있는 경우(비교예 1), 테이블 톱 위에서 전위가 생성되어, 그 전위가 반도체층의 두께 방향으로 성장하고 있는 것이 관찰되었다. 즉, 전위끼리의 충돌 빈도는 적고, 전위 밀도가 높으므로, 내부 양자 효율(IQE)의 개선 정도가 낮다고 생각된다. 이어서, 크랙에 관해서, 반도체층의 성장을 도중에 멈추고, 표면에 대한 주사형 전자 현미경 관찰을 이용하여 상세히 관찰한 바, 볼록부 정상부에 라운딩이 있는 경우(실시예 1)는, 요철 구조(A)의 오목부보다 우선적으로 반도체층이 성장하고, 성장한 반도체층끼리 양호하게 합체하는 모습이 관찰되었다. 보다 구체적으로는, 크랙이란, 형성된 패싯에 의한 6각형의 개구부에 주목했을 때에, 어떤 개구부와 그것에 인접하는 개구부에 있어서, 상호 대향하는 변에 수직인 방향으로 달리는 균열의 밀도이다. 평균 간격(Pave)이 300 nm 및 900 nm인 경우, 크랙 밀도는 각각 39×109/㎠ 및 41×109/㎠였다. 한편, 볼록부 정상부에 테이블 톱이 있는 경우(비교예 1), 볼록부 정상부 위로부터 성장하는 반도체층의 영향으로, 볼록부 정상부와 볼록부의 측면부로 구성되는 볼록부의 정상부의 외연부 근방에 부분적으로 보이드가 형성되는 것이 관찰되었다. 이 보이드를 계기로 크랙이 발생한 것으로 추정된다. 보다 구체적으로는, 평균 간격(Pave)이 300 nm 및 900 nm인 경우, 크랙 밀도는 각각 93×109/㎠ 및 99×109/㎠였다. As can be seen from Table 1, it can be seen that the internal quantum efficiency (IQE) is improved and the crack is reduced in the case where the shape of the convex portion is rounded (Example 1). First, with respect to the internal quantum efficiency (IQE), it was confirmed from the transmission electron microscope observation that the potentials collide with each other in the vicinity of the concave portion of the concavo-convex structure A in the case where the shape of the convex top portion is rounded (Example 1) And it was confirmed that the dislocation density was reduced because it was confirmed that it was lost. On the other hand, in the case where the table top was present at the top of the convex portion (Comparative Example 1), dislocation was generated on the table top, and it was observed that the potential was growing in the thickness direction of the semiconductor layer. That is, since the frequency of collision between the potentials is small and the dislocation density is high, it is considered that the degree of improvement of the internal quantum efficiency IQE is low. Then, the growth of the semiconductor layer was stopped in the middle of the growth of the crack, and the surface was observed in detail using a scanning electron microscope. As a result, in the case of rounding at the top of the convex portion (Example 1) A semiconductor layer grows preferentially over the concave portion of the semiconductor layer, and the grown semiconductor layers are well coalesced. More specifically, a crack is a density of cracks running in a direction perpendicular to mutually opposite sides of an opening and an opening adjacent to the opening, when attention is paid to a hexagonal opening formed by the formed facet. When the average spacing (Pave) was 300 nm and 900 nm, the crack densities were 39 × 10 9 /
(실시예 2, 비교예 2)(Example 2, Comparative Example 2)
실시예 2 및 비교예 2에서는, 회전 시프트각(Θ)의 영향을 조사했다. 요철 구조(A)의 배열은 정육방 배열, 즉 6회 대칭의 배열이다. 또한, 평균 간격(Pave)은 전부 300 nm, 볼록부 정상부의 형상은 전부 라운딩이 있는 각부이며, 실시예 1의 형상과 같게 했다. 회전 시프트각(Θ)을 파라미터로 하여, 0°부터 10° 피치로 30°까지 변화시켰다. 평가한 샘플을 표 2에 정리했다. 표 2에 기재한 샘플에서는, 내부 양자 효율(IQE)은 어느 샘플이나 대략 동일하며, 약 90%였다. In Example 2 and Comparative Example 2, the influence of the rotation shift angle? Was examined. The arrangement of the concavoconvex structures (A) is an array of meat-laying disposition, that is, six-fold symmetry. The average interval Pave was 300 nm in all, and the shape of the top of the convex portion was the same as the shape of Example 1, with all the rounded portions. The rotation shift angle (?) Was used as a parameter to change from 0 ° to 10 ° pitch to 30 °. The evaluated samples are summarized in Table 2. In the sample shown in Table 2, the internal quantum efficiency (IQE) was approximately the same for any sample, and was about 90%.
표 2의 평가 항목의 크랙은, 회전 시프트각(Θ)이 0°인 경우(비교예 2)를 1로 하여 규격화했다. 보다 구체적으로는, 회전 시프트각(Θ)이 0°, 10°, 20°, 및 30°로 변화됨에 따라서, 크랙 밀도는, 81×109/㎠, 72×109/㎠, 58×109/㎠ 및 53×109/㎠였다. 표 2로부터, 회전 시프트각(Θ)이 커지면, 크랙이 저하하는 것을 알 수 있다. 이것은, 회전 시프트각(Θ)이 커짐으로써, 반도체층의 요철 구조(A)의 오목부 바닥부에 대한 핵의 부착성이 양호하게 되는 것과, 성장하는 반도체층이 통과하는 볼록부의 밀도가 저감되기 때문이라고 생각된다. 또한, 회전 시프트각이 클수록 크랙이 양호하게 되는 것은, 볼록부 바닥부의 직경의 영향으로 추정된다. 즉, 볼록부 바닥부의 직경도 포함시킨 성장하는 반도체층이 통과하는 볼록부 밀도를 생각하면, 회전 시프트각(Θ)이 약 20°초과인 부근부터 그 밀도의 저하가 현저하게 되기 때문이라고 생각된다. The cracks in the evaluation items in Table 2 were normalized to 1 when the rotation shift angle? Was 0 ° (Comparative Example 2). More specifically, as the rotation shift angle? Is changed to 0 °, 10 °, 20 °, and 30 °, the crack density is 81 × 10 9 /
이상, 실시예 1 및 실시예 2로부터, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부는 라운딩을 띤 각부이며 또한 회전 시프트각(Θ)이 0°초과 영역이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 이미 다른 검토로서 도 13 및 도 14에서 기술한 것과 같이, 크랙 밀도는 70×109 개/㎠ 이하의 영역에서, 반도체층의 FWHM 및 CL 암전 밀도가 효과적으로 개선되었기 때문에, 회전 시프트각(Θ)을 0°초과 설정하고, 동시에 볼록부 정상부의 형상을 곡율 반경이 0 초과인 각부로 함으로써, 크랙 억제의 효과에 의해, 반도체층의 결정 품위가 크게 향상된다고 생각할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는, 회전 시프트각(Θ)의 제어성은 ±1°이다. 회전 시프트각(Θ)이 10° 이상에서 크랙 억제가 보다 효과적이었다. 특히, 회전 시프트각(Θ)은, 10°, 20°, 30°로 커짐에 따라서 크랙 저감 효과가 커지는 것을 알 수 있다. 한편, 가장 바람직하게는, Θ은 30°, 즉 (180/n)°=(180/6)°인 경우였다. 한편, 상기 결과는, 절대치의 차는 있지만, 도 15에 도시하는 형상을 갖는 LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대하여도 같은 경향이 관찰되었다. 이로부터, 곡율 반경이 0 초과인 각부를 갖는 볼록부 정상부에 의해 구성되는 요철 구조(A)를 포함하는 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 사용함으로써, 회전 시프트각(Θ)의 효과를 뽑아내어, 크랙을 효과적으로 억제할 수 있다는 것을 알 수 있었다. From Examples 1 and 2, it can be seen that the convex portion of the concavo-convex structure (A) is rounded and has a rotational shift angle? Of more than 0 degrees. 13 and 14, the FWHM and the CL darkness of the semiconductor layer are effectively improved in the region where the crack density is 70 x 10 < 9 > / cm < Is set to be larger than 0 DEG and at the same time, the shape of the top of the convex portion is made a corner portion having a radius of curvature of more than 0, the crystal quality of the semiconductor layer is considerably improved by the effect of crack suppression. On the other hand, in this embodiment, the controllability of the rotation shift angle? Is ± 1 °. The crack suppression was more effective when the rotation shift angle (Θ) was 10 ° or more. In particular, it can be seen that as the rotation shift angle? Increases to 10, 20 and 30 degrees, the crack reduction effect increases. On the other hand, most preferably, Θ is 30 °, that is, (180 / n) ° = (180/6) °. On the other hand, although the above results show a difference in absolute value, the same tendency was observed also for the patterned
(실시예 3)(Example 3)
실시예 3에서는, 평균 간격(Pave)의 보다 바람직한 범위를 조사했다. LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)는 정육방 배열(6회 대칭 배열), 볼록부 정상부의 형상은 라운딩을 띤 각부, 볼록부 정상부 단면 형상은 돔형, 그리고 회전 시프트각(Θ)은 30°로 했다. 파라미터는, 평균 간격(Pave)이며, 200 nm 내지 1800 nm의 범위에서 조정했다. 제작한 샘플을 표 3에 정리했다. In the third embodiment, a more preferable range of the average interval (Pave) was examined. The concavo-convex structure A of the patterned wafer for
표 3으로부터, 평균 간격(Pave)이 작을수록, 내부 양자 효율(IQE)이 향상되는 것을 알 수 있었다. 이것은, 평균 간격(Pave)이 작을수록 요철 구조(A)의 밀도가 향상되기 때문에, 반도체층의 전위를 분산화할 수 있기 때문으로 추정된다. 보다 구체적으로는, 성장하는 반도체층끼리의 합체 빈도를 높게 하는 동시에, 합체 부위를 분산화할 수 있기 때문이라고 생각된다. 특히, 이 현상은, 볼록부 정상부의 형상이 라운딩을 띤 각부임으로써 발현되는 것이 확인되었다. 즉, 표 3에는 기재하지 않은 테이블 톱이 있는 볼록부를 제작한 경우, 그 볼록부 정상부 상에 위치하는 반도체층 내에 전위가 확인되었다. 이 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이 저하하는 경향이 있었다. From Table 3, it can be seen that the internal quantum efficiency IQE is improved as the average interval Pave is smaller. This is presumably because the density of the concavo-convex structure A is improved as the average spacing Pave is smaller, and therefore the potential of the semiconductor layer can be dispersed. More specifically, it is considered that the frequency of incorporation of the growing semiconductor layers can be increased, and the coalescence sites can be dispersed. Particularly, it has been confirmed that this phenomenon is manifested by the rounded shape of the top of the convex portion. That is, when a convex portion having a table top not shown in Table 3 was produced, the potential was confirmed in the semiconductor layer located on the convex portion. Therefore, the internal quantum efficiency IQE tends to decrease.
한편, LED의 발광 출력을 평가한 바, 평균 간격(Pave)이 200 nm인 경우보다도 평균 간격(Pave)이 300 nm인 경우가 컸다. 또한, 평균 간격(Pave)이 1200 nm 및 1500 nm인 경우에 비해서, 평균 간격(Pave)이 900 nm인 경우 쪽이 발광 출력이 컸다. 더욱이, 평균 간격(Pave)이 900 nm인 경우에 비해서, 평균 간격(Pave)이 300 nm인 경우 쪽이 발광 출력이 컸다. 이와 같이, 내부 양자 효율(IQE)의 크기만으로 LED 칩의 성능이 결정되지 않음을 알 수 있다. 이것은, 광 추출 효율(LEE)의 영향이다. 발광 출광이 큰 순으로 늘어놓으면, 평균 간격(Pave)이, 300 nm, 900 nm, 700 nm, 450 nm, 1200 nm, 200 nm, 1800 nm였다. 이것은, 평균 간격(Pave)이 300 nm인 경우, 광 회절이 매우 강하게 작용하여, 회절 모드수는 한정되지만, 소정 방향으로의 회절 강도가 크다고 생각된다. 이어서, 평균 간격(Pave)이 900 nm 및 700 nm이면, 회절 모드 강도는 작아지지만, 회절 모드수가 크게 증가하기 때문이라고 생각된다. 평균 간격이 1000 nm 초과인 경우, 광산란성이 지나치게 강하게 되기 때문에, LED 칩 내부에서 도파하고 있던 빛이, 그 진행 방향이 한번 흐트러지고, 재차 도파할 확률이 발생하게 되기 때문에, 발광 출력이 저하한다고 생각된다. 이상으로부터, 평균 간격(Pave)이 작을수록 내부 양자 효율(IQE)가 커지는 것을 알 수 있었다. 또한, LED용 에피택셜 웨이퍼는, 평균 간격(Pave)이 200 nm~1200 nm가 바람직하고, 300 nm~900 nm가 보다 바람직하다는 것을 알 수 있었다. On the other hand, when the emission output of the LED was evaluated, the average interval (Pave) was 300 nm more than in the case where the average interval (Pave) was 200 nm. In addition, the light emission output was larger in the case where the average interval Pave was 900 nm than in the case where the average interval Pave was 1200 nm and 1500 nm. Furthermore, the light emission output was larger in the case where the average interval Pave was 300 nm than in the case where the average interval Pave was 900 nm. As described above, it is understood that the performance of the LED chip is not determined only by the magnitude of the internal quantum efficiency (IQE). This is the effect of light extraction efficiency (LEE). The average interval (Pave) was 300 nm, 900 nm, 700 nm, 450 nm, 1200 nm, 200 nm and 1800 nm, respectively, This is because, when the average interval (Pave) is 300 nm, the optical diffraction is very strong and the number of diffraction modes is limited, but the diffraction intensity in a predetermined direction is considered to be large. Then, if the average spacing Pave is 900 nm and 700 nm, the diffraction mode intensity is small, but it is considered that the diffraction mode number is greatly increased. When the average distance exceeds 1000 nm, the light scattering property becomes excessively strong, so that the light which has been guided in the LED chip is disturbed once in its traveling direction and there is a probability of being guided again, I think. From the above, it can be seen that the smaller the average interval Pave, the larger the internal quantum efficiency IQE. It has been found that the epitaxial wafers for LEDs preferably have an average interval (Pave) of 200 nm to 1200 nm, and more preferably 300 nm to 900 nm.
(실시예 4)(Example 4)
실시예 4에서는, 요철 구조(A)의 듀티의 보다 바람직한 범위를 조사했다. LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)는 정육방 배열(6회 대칭 배열), 볼록부 정상부의 형상은 라운딩을 띤 각부, 볼록부 정상부의 단면 형상은 돔형, 그리고 회전 시프트각(Θ)은 30°, 평균 간격(Pave)은 700 nm로 했다. 파라미터는 듀티가고, 0.29 내지 0.93의 범위에서 조정했다. 제작한 샘플을 표 4에 정리했다.In Example 4, a more preferable range of the duty of the concavo-convex structure (A) was investigated. The concavo-convex structure A of the patterned wafer for
표 4로부터, 듀티가 0.86과 0.93 사이에서 내부 양자 효율(IQE)이 크게 변하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 듀티가 0.93인 경우, 오목부 바닥부의 크기가, 반도체층의 안정적인 핵의 크기보다도 작아지고 있기 때문이라고 생각된다. 즉, 핵의 부착과 성장성이 다소 손상되기 때문에, 전위 저감 효과가 낮아져, 내부 양자 효율(IQE)이 저하한 것으로 추정된다. 한편, 듀티가 클수록 광 추출 효율(LEE)이 향상되는 것을 알 수 있다. 이것은, 광자에서 본 볼록부의 체적이 커지기 때문에, 광 회절의 모드수가 증가하기 때문이라고 생각된다. 한편, 크랙에 관해서는, 모든 샘플에서 대략 동일했다. 이상으로부터, LED용 에피택셜 웨이퍼로서 본 경우, 요철 구조(A)의 듀티는 0.93 미만인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 또한, 외부 양자 효율(EQE)을 보다 크게 한다는 관점에서, 0.57 이상인 것이 바람직하고, 0.71 이상이면 보다 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 한편, 크랙 밀도는, 40×109/㎠~50×109/㎠ 사이에 있었다.From Table 4, it can be seen that the internal quantum efficiency (IQE) is greatly changed between duty 0.86 and 0.93. This is considered to be because, when the duty is 0.93, the size of the concave bottom portion becomes smaller than the stable core size of the semiconductor layer. That is, since the adhesion and growth of the nuclei are somewhat impaired, the potential reduction effect is lowered and the internal quantum efficiency (IQE) is estimated to be lowered. On the other hand, the larger the duty ratio, the better the light extraction efficiency (LEE) is. This is considered to be because the volume of the convex portion seen from the photon becomes large, and the mode number of the optical diffraction increases. On the other hand, regarding the cracks, it was approximately the same in all samples. From the above, it can be understood that the duty of the concavo-convex structure (A) in the case of the epitaxial wafer for LED is preferably less than 0.93. Further, from the viewpoint of increasing the external quantum efficiency (EQE), it is preferable that the value is 0.57 or more, and more preferably 0.71 or more. On the other hand, the crack density was between 40 × 10 9 /
(실시예 5)(Example 5)
실시예 5에서는, LED용 에피택셜 웨이퍼의 제1 반도체층의 두께와 요철 구조(A)의 관계의 보다 바람직한 범위를 조사했다. 비도핑 제1 반도체층의 막 두께(Hbu) 및 도핑 제1 반도체층의 막 두께(Hbun), 그리고 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)과 평균 높이(Have)를 파라미터로 하여, 내부 양자 효율(IQE), 크랙 및 LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐을 평가했다. In Example 5, a more preferable range of the relationship between the thickness of the first semiconductor layer of the epitaxial wafer for LED and the concavo-convex structure (A) was examined. (Hbu) of the undoped first semiconductor layer, the film thickness (Hbun) of the doped first semiconductor layer and the average spacing (Pave) and the average height (Have) of the concave- convex structure (A) Efficiency (IQE), cracks, and warpage of epitaxial wafers for LEDs were evaluated.
검토 결과를 표 5에 정리했다. 한편, 표 5에 기재한 용어의 의미는 다음과 같다.The results of the review are summarized in Table 5. The meanings of the terms shown in Table 5 are as follows.
·No.: 샘플의 관리 번호· No .: Control number of sample
·n: 요철 구조(A)의 배열 차수(n회 대칭 배열의 n)N: the degree of arrangement of the concavo-convex structure (A) (n in the symmetrical arrangement of n times)
·Pave: 요철 구조(A)의 평균 간격(Pave)이며, 치수(dimension)는 「nm」임Pave: average interval (Pave) of the concavo-convex structure (A), and the dimension is "nm"
·Have: 요철 구조(A)의 평균 높이(Have)이며, 치수는 「nm」임Have: Average height (Have) of the concavo-convex structure (A), and the dimension is "nm"
·Θ: 회전 시프트각(Θ)이며, 치수는 「°」임Θ: rotation angle of rotation (Θ), and the dimension is "°"
·Hbun: 제1 반도체층의 막 두께이며, 치수는 「nm」임Hbun: film thickness of the first semiconductor layer, and the dimension is " nm "
·Hbu: 비도핑 제1 반도체층의 막 두께이며, 치수는「nm」임Hbu is the film thickness of the undoped first semiconductor layer, and the dimension is " nm "
·Hbun/Have: 제1 반도체층의 막 두께와 요철 구조(A)의 평균 높이(Have)와의 비율이며 무차원치임Hbun / Have is the ratio of the film thickness of the first semiconductor layer to the average height (Have) of the concavo-convex structure (A)
·Hbu/Have: 비도핑 제1 반도체층의 막 두께와, 요철 구조(A)의 평균 높이(Have)와의 비율이며 무차원치임Hbu / Have: ratio between the film thickness of the undoped first semiconductor layer and the average height (Have) of the concavo-convex structure (A)
·IQE: 내부 양자 효율이며, 치수는 「%」임· IQE: Internal quantum efficiency, dimension is "%"
·크랙: 반도체층에 생성된 크랙이며, 실시예 1과 동등한 경우를 ○, 비교예 1과 동등한 경우를 ×로 함. Crack: A crack generated in the semiconductor layer, the case where it is equivalent to that of
·휘어짐: 칩화에 지장을 초래한 경우를 「×」, 문제가 없었던 경우를 「○」로 하여 평가함&Amp;bull; &le; &le; &le; &le; "
·종합: IQE 및 휘어짐을 고려한 종합 평가· Overall: Overall evaluation considering IQE and warpage
한편, 표 5에 기재한 비교예 5는, 요철 구조를 구비하지 않는 평탄한 사파이어 웨이퍼를 사용하여, 실시예 1과 같은 식으로 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조한 경우이다. On the other hand, Comparative Example 5 shown in Table 5 is a case in which epitaxial wafers for LEDs were produced in the same manner as in Example 1, using a flat sapphire wafer having no concavo-convex structure.
또한, 표 5에 기재한 샘플은, 전부 볼록부의 형상이 라운딩을 띤 각부를 구비하는 것이다. 또한, 듀티는 0.7로 했다. In addition, the sample shown in Table 5 is provided with the corner portion of which all the convex portions are rounded. Also, the duty was 0.7.
표 5로부터 이하의 것을 알 수 있다. Hbun/Have가 6.0 이상 346.2 이하인 범위에 있어서, 내부 양자 효율(IQE)이 요철 구조를 구비하지 않는 경우(비교예 5)에 비해서, 1.17배~1.7배로 커지고 있는 동시에, LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐도 억제되고 있다. 이때의 Hbu/Have는 3.3 이상 203.8 이하이다. 또한, Hbun/Have가 17.6 이상 72.5 이하라면, 내부 양자 효율(IQE)의 개선과 휘어짐의 저감이 보다 현저하게 되는 것을 알 수 있다. 이때의 Hbu/Have는 9.6 이상 42.5 이하이다. 이것은, Hbun/Have가 소정의 값 이상의 범위를 만족하므로, 요철 구조(A)에 의해 제1 반도체층 내의 전위를 분산화하여 저감할 수 있고, 그리고 Hbun/Have가 소정의 값 이하의 범위를 만족하므로, 제1 반도체층의 막 두께를 얇게 할 수 있게 되어 휘어짐을 저감할 수 있기 때문이라고 생각된다. No. 12에서는, Hbun/Have가 6.0, Hbu/Have가 3.3으로 작은 값으로 되어 있다. 이 때문에, 내부 양자 효율(IQE)의, 요철 구조가 없는 경우(비교예 5)와 비교한 향상율이 약간 낮다. 이것은, 제1 반도체층 내부에 있어서의 전위 저감 효과가 약간 약하기 때문에, 발광 반도체층 및 제2 반도체층의 반도체로서의 성능 향상이 한정되었기 때문이라고 생각할 수 있다. 또한, No.1에서는, Hbun/Have가 346.2, Hbu/Have가 203.8로 큰 값이며, LED용 에피택셜 웨이퍼의 휘어짐이 칩화에 영향을 주고 있는 것을 알 수 있다. 이상으로부터, Hbun/Have가 소정의 범위 내에 있음으로써, 내부 양자 효율(IQE)의 개선과 휘어짐의 저감을 보다 양호하게 동시에 개선할 수 있다는 것을 알 수 있다. The following can be seen from Table 5. The internal quantum efficiency IQE is 1.17 times to 1.7 times larger than that in the case where the Hbun / Have is not in the range of 6.0 to 346.2 and the internal quantum efficiency IQE is not included in the concavo-convex structure (Comparative Example 5), and the warpage of the epitaxial wafer for LED . At this time, Hbu / Have is 3.3 or more and 203.8 or less. In addition, it is understood that if Hbun / Have is 17.6 or more and 72.5 or less, the improvement of the internal quantum efficiency (IQE) and the reduction of the warp become more remarkable. At this time, Hbu / Have is not less than 9.6 and not more than 42.5. This is because, since Hbun / Have satisfies a range of a predetermined value or more, the electric potential in the first semiconductor layer can be dispersed and reduced by the concavo-convex structure (A), and Hbun / Have satisfies a range of a predetermined value or less , The film thickness of the first semiconductor layer can be reduced, and warpage can be reduced. No. 12, Hbun / Have has a small value of 6.0 and Hbu / Have has a small value of 3.3. Therefore, the improvement rate of the internal quantum efficiency (IQE) is slightly lower than that in the case where there is no concavo-convex structure (Comparative Example 5). This is considered to be because the improvement in the performance of the light emitting semiconductor layer and the second semiconductor layer as a semiconductor is limited because the potential reduction effect inside the first semiconductor layer is slightly weak. In No. 1, Hbun / Have is 346.2 and Hbu / Have is 203.8, which is a large value, and it can be seen that warping of the LED epitaxial wafer affects chip formation. From the above, it can be seen that the improvement of the internal quantum efficiency (IQE) and the reduction of warping can be improved at the same time by having Hbun / Have within a predetermined range.
(LED용 패턴 웨이퍼(2))(
이상, 실시예 1 내지 실시예 5에서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 관해서 설명했다. 이하의 실시예에서는, LED용 패턴 웨이퍼(1)에 대하여, 또 다른 요철 구조(L)를 부가한 LED용 패턴 웨이퍼(2)에 관해서 설명한다. As above, in the first to fifth embodiments, the patterned
이하의 검토에서는, 상기 실시예 1부터 실시예 5에 있어서 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제조하기 위해서 사용한 나노 가공용 필름을 사용하여, LED용 웨이퍼 표면에 요철 구조(A)를 제작했다. 이어서 요철 구조(L)를 더 형성하여, 요철 구조(A) 및 요철 구조(L)를 구비하는 LED용 패턴 웨이퍼(2)를 얻었다. 마지막으로, 얻어진 요철 구조를 구비한 LED용 패턴 웨이퍼(2)를 사용하여, LED용 에피택셜 웨이퍼를 제작하고, 그 후 칩화하여, 성능을 평가했다. 한편, 요철 구조(L)는, 포토리소그래피법에서의 마스크 형상 및 건식 에칭 조건에 의해 제어했다. 실시예 1과 같은 식으로 제작하여, 실시예 1과 마찬가지로 이형 처리를 했다. In the following examination, the concavo-convex structure (A) was formed on the surface of the wafer for LED by using the nano-working film used for manufacturing the patterned
나노 가공용 필름을, 상기 실시예 1부터 실시예 5의 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 제조한 것과 같은 식으로 사용하여, LED용 웨이퍼를 가공했다. LED용 웨이퍼로서는 A면(11-20)에 오리엔테이션 플랫이 있는 C면(0001) 사파이어 웨이퍼를 사용했다. 또, LED용 웨이퍼의 크기는 4 인치φ의 것을 사용했다. The nano-working film was processed in the same manner as the pattern wafers (1) for LEDs of Examples 1 to 5 described above to process wafers for LED. As the wafer for the LED, a C-plane (0001) sapphire wafer having an orientation flat on the A-plane (11-20) was used. The size of the LED wafer was 4 inches in diameter.
사파이어 웨이퍼 상에 제작한 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 형상은, 실시예 1 내지 실시예 5의 LED용 패턴 웨이퍼(1)와 같은 식으로 제어했다. The shape of the convex portion of the concavo-convex structure (A) formed on the sapphire wafer was controlled in the same manner as the pattern wafers (1) for LEDs of Examples 1 to 5.
요철 구조(A)가 형성된 LED용 웨이퍼, 즉 LED용 패턴 웨이퍼(1)를 더욱 가공하여, 요철 구조(L)를 제작했다. LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A) 상에, 포토레지스트용의 노볼락 수지를 스핀 코트법에 의해 성막하고, 120℃의 핫플레이트 상에서 프리베이크를 했다. 이어서 리소그래피를 실시하여, 요철 구조(L)를 제작했다. 여기서, 포토레지스트를 네거티브 현상하여 사용함으로써 요철 구조(L)를 도트 형상으로 하고, 포토레지스트를 포지티브 현상함으로써 요철 구조(L)를 홀 구조로 했다. 어느 경우나, 요철 구조(L)로서, 볼록부 혹은 오목부가 정육방 배열로 나란하면서 또 평균 간격(PL)이 3.2 ㎛가 되도록 했다. The patterned
얻어진 LED용 패턴 웨이퍼(2)를 주사형 전자 현미경에 의해 관찰했다. 도트형의 요철 구조(L)는 이하의 도트 형상체였다. The obtained
·평균 간격(PL)이 3.2 ㎛이며, 정육방 배열되어 있었다. The mean spacing (PL) was 3.2 ㎛, and the cells were arranged in a row.
·도트의 바닥부 직경은 2.4 ㎛이며, 바닥부 형상은 대략 원형이었다. The diameter of the bottom of the dot was 2.4 탆, and the shape of the bottom was approximately circular.
·도트 사이의 오목부 바닥부는 평탄했다. The concave bottom between the dots was flat.
·도트 정상부에는 평탄면이 있고, 도트는 원추대 형상. 도트 정상부의 평탄면은 대략 원형이며, 그 직경은 1.6 ㎛였다. · The top of the dot has a flat surface, and the dot is a conical shape. The flat surface of the dots top was approximately circular and had a diameter of 1.6 mu m.
·도트 정상부는 대략 원형의 테이블 톱이며, 도트 정상부 상에만 요철 구조(A)가 배치되어 있었다. The top of the dots is a circular table top, and the concave and convex structures A are arranged only on top of the dots.
한편, 홀형의 요철 구조(L)는 이하의 홀 형상체였다. On the other hand, the hole-like concavo-convex structure L was the following hole-shaped body.
·평균 간격(PL)이 3.2 ㎛이고, 정육방 배열되어 있었다. The mean spacing (PL) was 3.2 탆, and the cells were arranged in a row.
·홀의 개구부 직경은 1.5 ㎛이며, 개구 형상은 대략 원형이었다. The diameter of the opening of the hole was 1.5 占 퐉, and the opening shape was approximately circular.
·홀의 깊이는 1.4 ㎛였다. The depth of the hole was 1.4 탆.
·홀 사이의 볼록부 정상부는 평탄하며, 이 평탄면 상에만 요철 구조(A)가 배치되어 있었다. The convex portion between the holes is flat, and the concavoconvex structure A is disposed on only this flat face.
·홀의 형상은 바닥면이 대략 원형인 원추이며, 원추의 정상부는 곡율 반경이 0 초과인 각부였다. The shape of the hole was a cone with a roughly circular bottom surface, and the top of the cone was a corner with a radius of curvature of more than 0.
또한, 다른 요철 구조(L)도 제작했다. 우선, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A) 위에, 스핀 온 글라스를 스핀 코트법에 의해 성막하고, 이어서 소결하여 SiO2로 했다. 이때, 요철 구조(A)는 SiO2에 의해 평탄화되어 있는 것을 확인했다. 이어서, SiO2 상에, 포토레지스트용의 노볼락 수지를 스핀 코트법에 의해 성막하고, 120℃의 핫플레이트 상에서 프리베이크를 했다. 이어서 리소그래피를 실시하고, SiO2만을 가공하여, 요철 구조(L)를 제작했다. 여기서는, 포토레지스트를 포지티브 현상하여, 요철 구조(A)의 표면 상에 부분적으로 대략 원반형의 SiO2를 제작했다. 평균 간격(PL)은 3.2 ㎛로 하고, 배열은 정육방 배열로 했다. Another concavo-convex structure L was also produced. First, spin-on glass was formed on the concavo-convex structure (A) of the pattern wafer for LED (1) by the spin coating method and then sintered to obtain SiO 2 . At this time, it was confirmed that the concavo-convex structure (A) was planarized by SiO 2 . Subsequently, a novolak resin for photoresist was formed on SiO 2 by spin coating, and prebaked on a hot plate at 120 ° C. Subsequently, lithography was carried out and only SiO 2 was processed to produce a concavo-convex structure L. Here, the photoresist was positively developed to partially form a substantially disc-shaped SiO 2 on the surface of the concavo-convex structure (A). The mean spacing (PL) was 3.2 占 퐉, and the array was arranged in a closed-cell arrangement.
얻어진 LED용 패턴 웨이퍼(2)를 주사형 전자 현미경에 의해 관찰한 SiO2 패턴(요철 구조(L))은 이하의 도트 형상체였다. The obtained SiO 2 pattern (concave-convex structure L) observed by the scanning electron microscope of the patterned
·평균 간격(PL)이 3.2 ㎛이고, 정육방 배열되어 있었다. The mean spacing (PL) was 3.2 탆, and the cells were arranged in a row.
·도트의 바닥부 직경은 1.5 ㎛이고, 바닥부 형상은 대략 원형이었다. The diameter of the bottom of the dot was 1.5 탆, and the shape of the bottom was approximately circular.
·도트 사이의 오목부 바닥부에는 요철 구조(A)가 형성되어 있었다. The concavo-convex structure A was formed at the bottom of the concave portion between the dots.
LED용 패턴 웨이퍼(2) 상에, 버퍼층으로서 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)의 저온 성장 버퍼층을 100Å 성막했다. 이어서, 비도핑 제1 반도체층으로서, 비도핑의 GaN을 성막하고, 도핑 제1 반도체층으로서 Si 도핑의 GaN을 성막했다. 이어서, 왜곡 흡수층을 설치하고, 그 후 발광 반도체층으로서, 다중 양자 우물의 활성층(웰층, 장벽층=비도핑의 InGaN, Si 도핑의 GaN)을 각각의 막 두께를 (60Å, 250Å)로 하여 웰층이 6층, 장벽층이 7층이 되도록 교대로 적층했다. 발광 반도체층 상에, 제2 반도체층으로서, 일렉트로블로킹층을 포함하도록 Mg 도핑의 AlGaN, 비도핑의 GaN, Mg 도핑의 GaN을 적층했다. 이어서, ITO를 성막하여, 에칭 가공한 후에 전극 패드를 부착했다. 이 상태에서, 프로버를 이용하여 p 전극 패드와 n 전극 패드 사이에 20 mA의 전류를 흘려 발광 출력을 측정했다. On the patterned wafer for
내부 양자 효율(IQE)은 PL 강도로 결정했다. 내부 양자 효율(IQE)은, (단위시간에 발광 반도체층으로부터 발생하는 광자의 수/단위 시간에 LED에 주입되는 전자의 수)에 의해 정의된다. 본 실시예에서는, 상기 내부 양자 효율(IQE)을 평가하는 지표로서, (300 K로 측정한 PL 강도/10 K로 측정한 PL 강도)를 채용했다. The internal quantum efficiency (IQE) was determined by PL intensity. The internal quantum efficiency IQE is defined by (the number of photons emitted from the light emitting semiconductor layer per unit time / the number of electrons injected into the LED per unit time). In this embodiment, PL intensity measured at 300 K / PL intensity measured at 10 K was used as an index for evaluating the internal quantum efficiency (IQE).
광 추출 효율(LEE)은 발광 출력과 내부 양자 효율(IQE)로부터 계산하여 산출했다. The light extraction efficiency (LEE) was calculated from the luminescence output and internal quantum efficiency (IQE).
크랙은, 반도체층을 성막한 후의 LED용 에피택셜 웨이퍼의 반도체층면 측에서, 광학 현미경, 원자간력 현미경 및 주사형 전자 현미경을 이용한 관찰을 하여 판단했다. 또한, 합쳐서 LED용 에피택셜 웨이퍼를 할단하고, 반도체층의 단면에 대한 주사형 전자 현미경 관찰을 하여, 크랙을 평가했다. 한편, 크랙의 평가에 관해서는, 패싯 형성 도중에 반도체층의 성막을 정지한 것을 사용했다. The cracks were judged by observation using an optical microscope, an atomic force microscope, and a scanning electron microscope at the semiconductor layer side of the epitaxial wafer for LED after forming the semiconductor layer. Further, the epitaxial wafer for LEDs was taken out together, and the cross section of the semiconductor layer was observed with a scanning electron microscope to evaluate cracks. On the other hand, regarding the evaluation of the crack, the film formation of the semiconductor layer was stopped during the formation of the facets.
(실시예 6, 비교예 6)(Example 6, Comparative Example 6)
실시예 6에서는 다음을 조사했다. In Example 6, the following were investigated.
1. 종래 기술인 패턴화된 사파이어 기판(PSS: Patterned Sapphire Substrate), 즉 요철 구조(L)만의 LED용 패턴 웨이퍼와, 요철 구조(A) 및 요철 구조(L) 쌍방을 갖는 LED용 패턴 웨이퍼(2)와의 비교 1. A conventional patterned sapphire substrate (PSS: patterned sapphire substrate), that is, a pattern wafer for LEDs only with a concavo-convex structure L and a
2. 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 형상의 영향2. Influence of the shape of convex portion of convex-concave structure (A)
3. 도트형 요철 구조(L)와 홀형 요철 구조(L)와의 차3. The difference between the dot-like concavo-convex structure L and the hole-
4. 요철 구조(L)의 볼록부 정상부 상에 요철 구조(A)가 형성되는 경우와, 요철 구조(L)의 오목부 바닥부에 요철 구조(A)가 형성되는 경우의 차4. The case where the concavoconvex structure A is formed on the top of the convex portion of the concavoconvex structure L and the case where the concavo-convex structure A is formed on the bottom of the concave portion of the concave-
요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 형상은 주사형 전자 현미경을 이용하여 관찰했다. 요철 구조(A)는 정육방 배열이었다. 즉, 6회 대칭 배열이었다. 또한, 평균 간격(PA)은 300 nm, 볼록부 바닥부의 직경은 220 nm로 했다. 회전 시프트각(Θ)은 30°로 했다. 이런 조건 하에서, 볼록부 정상부가, 라운딩을 띤 각부인 형상인 경우와, 테이블 톱이 있는 경우를, 반응성 이온 에칭의 처리 시간을 변경하여 각각 제작했다. 한편, 라운딩을 띤 각부의 형상이란, 볼록부의 단면 형상을 상정했을 때에, 그 단면의 윤곽이, 약간 위로 볼록하게 불룩해진 곡선끼리가, 볼록부의 정상부에서 교차하는 식의 형상이다. 바꿔 말하면, 볼록부의 측면부는, 약간 위가 불룩해진 형상이다. 또한, 비교예 6의 샘플인 PSS는, 요철 구조(L)만을 상기 설명한 포토리소그래피법에 의해 제작했다. 제작한 샘플을 표 6에 기재했다. The shape of the convex portion of the concave-convex structure (A) was observed using a scanning electron microscope. The concavo-convex structure (A) was a meat arrangement. That is, it was a six-fold symmetrical arrangement. The average interval PA was 300 nm, and the diameter of the bottom of the convex portion was 220 nm. The rotation shift angle? Was set to 30 °. Under these conditions, the case where the convex portion top has a rounded corner portion and the case where the table top is provided were produced by changing the processing time of the reactive ion etching. On the other hand, the shape of the rounded corner portion is a shape in which curved lines bulging upward slightly in the contour of the cross section of the cross section at the top of the convex portion when the cross sectional shape of the convex portion is assumed. In other words, the side portion of the convex portion has a slightly bulged shape. In addition, in the PSS as the sample of Comparative Example 6, only the uneven structure L was produced by the above-described photolithography method. The prepared samples are shown in Table 6.
표 6에 기재한 용어의 의미는 다음과 같다. The meanings of the terms in Table 6 are as follows.
·n…요철 구조(A)의 회전 대칭 차수. · N ... Rotational symmetry order of the concave and convex structure (A).
·PA…요철 구조(A)의 평균 간격이며, 치수는 「nm」임. · PA ... Is the average spacing of the concavo-convex structure (A), and the dimension is " nm ".
·Θ…요철 구조(A)의 회전 시프트각(Θ)이며, 치수는 「°」임. · Θ ... Is the rotation shift angle (?) Of the concave and convex structure (A), and the dimension is "°".
·볼록부 정상부 형상…요철 구조(A)의 볼록부의 정상부의 형상. 테이블 톱(100 nm)은, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부의 평탄면의 직경이 100 nm임을 의미한다. · Top shape of convex part ... The shape of the top of the convex portion of the concave-convex structure (A). The table top (100 nm) means that the flat surface of the convex portion of the concavo-convex structure (A) has a diameter of 100 nm.
·m…요철 구조(L)의 회전 대칭 차수. · M ... Rotational symmetry order of the concave and convex structure (L).
·PL…요철 구조(L)의 평균 간격이며, 치수는 「nm」임. · PL ... Is the average spacing of the concavo-convex structure (L), and the dimension is " nm ".
·구조…상기 설명한 방법에 의해 요철 구조(A)를 직접 가공하여 요철 구조(L)를 형성한 경우에 있어서, 요철 구조(L)가 도트형인 경우를 도트로, 요철 구조(L)가 홀형인 경우는 홀로 기재했다. 또한, 요철 구조(A)의 표면 상에 별도로 SiO2로 이루어지는 요철 구조(L)의 볼록부를 형성한 경우를, SiO2라고 기재했다. 이들 용어는, 실시예 7 내지 실시예 9에서도 사용하고 있는데, 같은 의미이다. ·rescue… In the case where the concave-convex structure L is formed by directly processing the concave-convex structure A by the above-described method, the case where the concave-convex structure L is a dot type is referred to as a dot, . The case of forming convex portions of the concavo-convex structure L made of SiO 2 separately on the surface of the concave-convex structure A is referred to as SiO 2 . These terms are also used in the seventh to ninth embodiments and have the same meaning.
·AonL…요철 구조(L)의 볼록부의 정상부 상면에 요철 구조(A)가 배치되어 있는 경우· AonL ... In a case where the concavoconvex structure A is disposed on the top surface of the top portion of the convex portion of the concavoconvex structure L
·AinL…요철 구조(L)의 오목부의 바닥부에 요철 구조(A)가 배치되어 있는 경우· AinL ... When the concavoconvex structure A is disposed at the bottom of the concave portion of the concavoconvex structure L
·PL/PA…평균 간격(PL)과 평균 간격(PA)과의 비율. · PL / PA ... The ratio of the average interval (PL) to the average interval (PA).
·IQE… 내부 양자 효율이며, 이미 설명한 방법으로 산출한 값. 치수는 「%」임. · IQE ... Internal quantum efficiency, calculated by the method already described. The dimension is "%".
·발광 출력비…요철 구조(L)만인 경우(비교예 6)를 1로 하여 규격화한 발광 출력. · Lighting output ... (Comparative Example 6) in which only the concavo-convex structure L is 1,
·크랙…광학 현미경에 의해 관찰되는 크랙. 발광 출력에 이상을 초래한 LED 칩이, 10% 이상인 경우를 △로, 5% 이상 10% 미만인 경우를 ○로, 5% 미만의 경우를 ◎로 했다. ·crack… Crack observed by optical microscope. The case where the LED chip which caused the abnormality in the light emission output was 10% or more was rated as?, The case where the LED chip was 5% or more and less than 10% was rated as?, And the case where the LED chip was less than 5%
표 6으로부터 알 수 있는 것과 같이, 요철 구조(L)만인 경우(비교예 6)에 비해서, 요철 구조(A) 및 요철 구조(L) 쌍방이 형성되어 있는 경우, 크랙, 내부 양자 효율(IQE), 그리고 발광 출광 모두가 개선되고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 비교예 6의 경우, 마이크로 스케일의 요철 구조(L)에 의해, 광 추출 효율(LEE)을 향상시킬 수 있지만, 요철 구조(L)의 밀도가 작으므로, 내부 양자 효율(IQE)을 개선할 수 없음에 의한 것이다. 요철 구조(A)가 마련됨으로써, 투과형 전자 현미경 관찰로부터, 전위가 소실되어 감소하고 있는 것이 확인되었다. 즉, 요철 구조(A)가 형성되는 경우, 요철 구조(A)의 오목부로부터 반도체층의 성장을 시작하게 할 수 있다. 이에 따라, 전위가 저감한다. 또한, 전위의 저감은, 성장하는 반도체층끼리의 합체가 원리이므로, 요철 구조(A)에 의해 그 합체 부위를 분산화할 수 있다. 이에 따라, 반도체층에의 잔류 응력이 저감하여, 크랙이 억제된 것으로 추정된다. As can be seen from Table 6, when both the concave-convex structure A and the concavo-convex structure L are formed as compared with the case of only the concave-convex structure L (Comparative Example 6), cracks, internal quantum efficiency IQE, , And light emission and emission are both improved. This is because, in the case of Comparative Example 6, the light extraction efficiency (LEE) can be improved by the microscopic concavo-convex structure (L), but the density of the concave- It can not be done. By the provision of the concave-convex structure (A), it was confirmed from the transmission electron microscopic observation that the dislocation disappears and is reduced. That is, when the concavoconvex structure A is formed, it is possible to start the growth of the semiconductor layer from the concave portion of the concave-convex structure A. As a result, the potential is reduced. In addition, the reduction of the dislocation can be achieved by dispersing the merged portion by the uneven structure (A) because the merging of the growing semiconductor layers is a principle. As a result, the residual stress on the semiconductor layer is reduced and it is presumed that cracks are suppressed.
요철 구조(A) 및 요철 구조(L) 쌍방이 형성되는 경우, 요철 구조(A)의 볼록부의 정상부의 형상이, 요철 구조(L)종보다도, 강하게 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 요철 구조(A)의 볼록부의 정상부의 형상이 라운딩을 띤 각부인 경우, 내부 양자 효율(IQE)이 보다 향상되는 동시에, 크랙이 저감하고 있는 것을 알 수 있다. 우선, 내부 양자 효율(IQE)에 관해서는, 볼록부 정상부의 형상이 라운딩을 띤 각부인 경우, 투과형 전자 현미경 관찰로부터, 요철 구조의 오목부 근방에서 전위끼리 충돌하여 소실될 확률이 높은 것이 확인되었다. 주사형 전자 현미경 관찰상으로부터 어림한 크랙 밀도는, 요철 구조(A)의 볼록부의 형상이 라운딩을 띤 각부인 경우, 51~57×109/㎠였다. 한편, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부에 테이블 톱이 있는 경우, 테이블 톱 위로부터 전위가 생성되고, 이 전위가 반도체층의 두께 방향으로 성장하고 있는 것이 관찰되었다. 또한, 반도체층의 성장을 도중에서 멈추고, 표면에 대한 주사형 전자 현미경 관찰을 이용하여 상세히 관찰한 바, 볼록부 정상부에 라운딩이 있는 경우는, 요철 구조의 오목부로부터 우선적으로 반도체층이 성장하고, 성장한 반도체층끼리 양호하게 합체하는 모습이 관찰되었다. 주사형 전자 현미경 관찰상으로부터 어림한 크랙 밀도는 82~89×109/㎠였다. 한편, 볼록부 정상부에 테이블 톱이 있는 경우, 볼록부 정상부 위로부터 성장하는 반도체층의 영향으로, 볼록부 정상부와 볼록부의 측면부로 구성되는 볼록부 정상부의 외연부 근방에 부분적으로 보이드가 형성되는 빈도가 약간 높다는 것도 관찰되었다. 즉, 전위끼리의 충돌 빈도를 높여, 전위 밀도를 효과적으로 저감시킨다는 관점에서, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부는, 곡율 반경이 0 초과인 각부인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 한편, 이들 경향에 관해서는, 도 15에 기재한 볼록부 형상에 대하여도 유사한 경향으로서 관찰할 수 있었다. It can be seen that when the concave and convex structure A and the concave and convex structure L are both formed, the top portion of the convex portion of the concave and convex structure A has stronger influence than the concave and convex structure L type. It can be seen that the inner quantum efficiency IQE is further improved and the cracks are reduced when the shape of the top of the convex portion of the concavoconvex structure A is rounded. First, with respect to the internal quantum efficiency (IQE), it was confirmed from transmission electron microscope observation that the probability of collision between dislocations in the vicinity of the concave portion of the concavo-convex structure is high when the convex portion has rounded corners . The crack density estimated from the observation image of the scanning electron microscope was 51 to 57 x 10 < 9 > / cm < 2 > when the convex portion of the concavoconvex structure A was rounded. On the other hand, in the case where the table top is present at the convex portion of the convexo-concave structure (A), a potential is generated from above the table top, and this potential is observed to grow in the thickness direction of the semiconductor layer. Further, the growth of the semiconductor layer was stopped in the middle, and the surface was observed in detail using a scanning electron microscope. As a result, when there was a round at the top of the convex portion, the semiconductor layer was preferentially grown from the concave portion of the concave- , And it was observed that the grown semiconductor layers were well coalesced. From the observation of the scanning electron microscope, the estimated crack density was 82 to 89 × 10 9 /
또한, 요철 구조(L)에 대한 요철 구조(A)의 배치를 비교하면, 요철 구조(L)의 오목부 바닥부에 요철 구조(A)가 형성되는 경우가, 내부 양자 효율(IQE)의 향상이 가장 크다는 것을 알 수 있었다. 본 검토에서는, 요철 구조(A)의 표면 상에 SiO2로 이루어지는 요철 구조(L)의 볼록부를 복수 형성했다. 즉, 요철 구조(L)의 볼록부 정상부로부터 반도체층의 성장은 시작되지 않는 조건으로 하고 있다. 이 때문에, 요철 구조(L)의 오목부로부터 우선적으로 반도체층을 성장시킬 수 있다. 여기서, 요철 구조(L)의 오목부 바닥부에는 요철 구조(A)가 형성되어 있으므로, 이미 설명한 현상에 기초하여, 반도체층의 전위가 저감하는 동시에, 크랙이 억제되었기 때문이라고 생각된다. The comparison of the arrangement of the concavo-convex structure A with respect to the concavo-convex structure L shows the case where the concavo-convex structure A is formed at the bottom of the concave portion of the concavo-convex structure L in order to improve the internal quantum efficiency IQE Which is the largest. In this examination, a plurality of convex portions of the concavo-convex structure L made of SiO 2 were formed on the surface of the concavo-convex structure (A). That is, the condition for not starting the growth of the semiconductor layer from the convex top of the concave-convex structure L is set. Therefore, the semiconductor layer can be preferentially grown from the concave portion of the concavo-convex structure L. [ Here, it is considered that the recessed structure bottom A of the concave-convex structure L is provided with the concave-convex structure A, so that the potential of the semiconductor layer is reduced and cracks are suppressed based on the phenomenon already described.
(실시예 7, 비교예 7)(Example 7, Comparative Example 7)
실시예 7에서는, 회전 시프트각(Θ)의 영향을 조사했다. 요철 구조(A)의 배열은 정육방 배열, 즉 6회 대칭의 배열이다. 또한, 평균 간격(PA)은 전부 300 nm, 볼록부 정상부의 형상은 전부 라운딩이 있는 각부, 볼록부 바닥부의 직경은 전부 220 nm로 했다. 회전 시프트각(Θ)을 파라미터로 하여, 0°부터 10° 피치로 30°까지 변화시켰다. 또한, 요철 구조(L)는, 홀형(holl)과 SiO2의 2 종류를 각각 제작하여 평가했다. 홀형인 경우는 AonL, SiO2인 경우는 AinL로 했다. 평가한 샘플을 표 7에 정리했다. In Example 7, the influence of the rotation shift angle? Was examined. The arrangement of the concavoconvex structures (A) is an array of meat-laying disposition, that is, six-fold symmetry. In addition, the average distance PA was 300 nm in all, and the shape of the top of the convex portion was rounded, and the diameter of the bottom of the convex portion was 220 nm. The rotation shift angle (?) Was used as a parameter to change from 0 ° to 10 ° pitch to 30 °. In addition, the concavo-convex structure L was produced by evaluating two types of hole type (holl) and SiO 2 . In the case of the hole type, AonL, and in the case of SiO 2 , AinL. The evaluated samples are summarized in Table 7.
표 7에 기재한 샘플에서는, 내부 양자 효율(IQE)은, 요철 구조(L)가 홀형인 경우는 어느 샘플에서나 대략 동일하며, 약 75%였다. 또한, 요철 구조(L)가 SiO2인 경우는 어느 샘플에서나 대략 동일하며, 약 85%였다. In the samples described in Table 7, the internal quantum efficiency (IQE) was approximately the same in all samples when the concavo-convex structure L was a hole type, and was about 75%. In the case where the concavo-convex structure L was SiO 2 , it was approximately the same in all samples, and was about 85%.
표 7의 평가 항목의 크랙은, 회전 시프트각(Θ)이 0°인 경우를 1로 하여 규격화하여 표기했다. 구체적인 수치로서는, 요철 구조(L)가 홀형인 경우는, 회전 시프트각(Θ)이 0°, 10°, 20° 그리고 30°로 변함에 따라서, 크랙 밀도는 99×109/㎠, 87×109/㎠, 69×109/㎠ 그리고 66×109/㎠로 변화되었다. 한편, 요철 구조(L)가 SiO2인 경우는, 81×109/㎠, 69×109/㎠, 56×109/㎠ 그리고 54×109/㎠로 변화되었다. 표 7로부터, 회전 시프트각(Θ)이 커지면, 크랙 저하하는 것을 알 수 있다. 이것은, LED용 패턴 웨이퍼(1)의 요철 구조(A)의 효과가, 요철 구조(L)를 형성한 경우라도 발휘되기 때문이다. 한편, 이들 경향에 관해서는, 도 15에 기재한 볼록부형상에 대하여도 유사한 경향으로서 관찰할 수 있었다. Cracks in the evaluation items in Table 7 are expressed by normalizing to 1 when the rotation shift angle? Is 0 °. As a concrete numerical value, when the concavoconvex structure L is a hole type, the crack density is 99 × 10 9 /
이상, 실시예 6 및 실시예 7로부터, 요철 구조(A) 및 요철 구조(L) 쌍방을 구비함으로써, 내부 양자 효율(IQE), 광 추출 효율(LEE), 그리고 크랙을 개선할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, 요철 구조(A)의 볼록부 정상부가 라운딩을 띤 각부임으로써, 내부 양자 효율(IQE)의 향상과 크랙 억제 효과가 보다 높아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 회전 시프트각(Θ)이 10° 이상에서 크랙이 억제된 내부 양자 효율(IQE)이 높은 반도체층이 성막되고 있는 것을 알 수 있었다. 특히, 회전 시프트각(Θ)은, 10°, 20°, 30°로 커짐에 따라서 휘어짐 저감 효과가 커지는 것을 알 수 있다. 한편, 가장 바람직하게는, Θ은 30°, 즉 (180/n)°=(180/6)°인 경우였다. From Examples 6 and 7, it can be seen that the internal quantum efficiency (IQE), the light extraction efficiency (LEE), and the crack can be improved by providing both the concavo-convex structure (A) I could. Further, it was found that the inner quantum efficiency (IQE) and the crack suppressing effect are further enhanced by the convex portion of the convexo-concave structure (A) being rounded portions. It was also found that a semiconductor layer having a high internal quantum efficiency (IQE) with cracks suppressed at a rotational shift angle? Of 10 ° or more was formed. In particular, it can be seen that the effect of reducing the warp becomes larger as the rotational shift angle? Increases by 10 °, 20 °, and 30 °. On the other hand, most preferably, Θ is 30 °, that is, (180 / n) ° = (180/6) °.
(실시예 8)(Example 8)
실시예 8에서는, 평균 간격(PA)과 평균 간격(PL)과의 비율의 보다 바람직한 범위를 조사했다. LED용 패턴 웨이퍼(2)의 요철 구조(A)는 정육방 배열(6회 대칭 배열), 볼록부 정상부의 형상은 라운딩을 띤 각부, 그리고 회전 시프트각(Θ)은 30°로 했다. 파라미터는, 평균 간격(PL)/평균 간격(PA)이며, 평균 간격(PL)을 고정하고, 평균 간격(PA)을 움직이는 것으로 조정했다. 평균 간격(PA)은, 200 nm 내지 1800 nm의 범위에서 조정했다. 또한, 요철 구조(L)는, 평균 간격(PL)이 3000 nm인 홀형(holl), AonL을 채용했다. 제작한 샘플을 표 8에 정리했다.In the eighth embodiment, a more preferable range of the ratio of the average interval PA to the average interval PL was investigated. The concave and convex structures A of the
표 8로부터, 비율(PL/PA)이 클수록, 내부 양자 효율(IQE)이 향상되는 것을 알 수 있었다. 이것은, 비율(PL/PA)이 클수록, 요철 구조(A)의 효과를, 요철 구조(L)를 형성한 경우라도, 보다 양호하게 발현할 수 있기 때문이라고 생각된다. 특히, 비율(PL/PA)이 큰 것은, 요철 구조(L)에서 본 요철 구조(A)의 존재감이 감소하는 것을 의미한다. 즉, CVD에 의해 비상하는 반도체층으로부터 본 경우, 우선 요철 구조(L)가 확인된다. 이어서, 요철 구조(L)의 표면에 근접했을 때에, 비로소 요철 구조(A)의 존재를 인식할 수 있다. 뒤집어 보면, 요철 구조(L)가 큰 구조의 영향을 받는 일없이, 요철 구조(A)의 표면에서 양호한 성장을 이루고 있음을 의미하고 있다. 실제로, 반도체층의 성장을 도중에 정지시키고, 주사형 전자 현미경에 의해 성장 상태를 확인한 결과, 성장하는 반도체층끼리의 합체 빈도가, 비율(PL/PA)이 클수록 높게 하는 동시에, 합체 부위를 분산화할 수 있음이 확인되었다. 특히, 이 현상은, 볼록부 정상부의 형상이 라운딩을 띤 각부임으로써 보다 양호하게 발현되는 것이 확인되고 있다. 즉, 자의적으로 테이블 톱이 있는 볼록부를 제작한 경우, 그 볼록부 정상부 상에 위치하는 반도체층 내에 전위가 확인되는 빈도가 증가했다. 이 때문에, 내부 양자 효율(IQE)이 저하하는 경향에 있었다. 이상으로부터, 비율(PL/PA)은 2.7 초과하는 것이 바람직하고, 3.6 이상인 것이 보다 바람직하고, 4.6 이상인 것이 가장 바람직하다는 것을 알 수 있었다. From Table 8, it can be seen that the larger the ratio PL / PA is, the higher the internal quantum efficiency IQE is. This is considered to be because the larger the ratio PL / PA is, the better the effect of the concavoconvex structure A can be expressed even when the concave-convex structure L is formed. In particular, a large ratio PL / PA means that the presence of the concavo-convex structure A seen from the concavo-convex structure L decreases. In other words, when viewed from a semiconductor layer which is made to run by CVD, the concave-convex structure L is confirmed first. Subsequently, when the surface of the concave-convex structure L is close to the surface of the concave-convex structure L, the presence of the concave-convex structure A can be recognized. Inversely, this means that the concave-convex structure L is well grown on the surface of the concave-convex structure A without being influenced by the large structure. Actually, as a result of stopping the growth of the semiconductor layer in the middle and confirming the growth state by a scanning electron microscope, the frequency of incorporation of the growing semiconductor layers becomes higher as the ratio (PL / PA) becomes larger, . Particularly, it has been confirmed that this phenomenon is expressed more satisfactorily by the rounded shape of the top of the convex portion. That is, when a convex portion with a table top is produced, the frequency of finding the potential in the semiconductor layer positioned on the convex top portion increases. For this reason, the internal quantum efficiency IQE tends to decrease. From the above, it was found that the ratio (PL / PA) is preferably more than 2.7, more preferably 3.6 or more, and most preferably 4.6 or more.
한편, LED의 발광 출력을 평가한 바, 비율(PL/PA)이 16.0인 경우보다도 비율(PL/PA)이 10.7인 경우가 컸다. 또한, 비율(PL/PA)이 2.7 및 1.8인 경우에 비해, 비율(PL/PA)이 3.6인 경우 쪽이 발광 출력이 컸다. 더욱이, 비율(PL/PA)이 3.6인 경우에 비해서, 비율(PL/PA)이 10.7인 경우 쪽이 발광 출력이 컸다. 이와 같이, 내부 양자 효율(IQE)의 크기만으로 LED의 성능이 결정되지 않음을 알 수 있다. 이것은 광 추출 효율(LEE)의 영향이다. 발광 출광이 큰 순으로 늘어놓으면, 비율(PL/PA)이, 10.7, 3.6, 4.6, 7.1, 2.7, 16.0, 1.8이었다. 이것은, 비율(PL/PA)이 10.7인 경우, 광 회절이 매우 강하게 작용하여, 회절 모드수는 한정되지만, 소정 방향으로의 회절 강도가 크기 때문이라고 생각된다. 이어서, 비율(PL/PA)이 3.6 및 4.6이면, 회절 모드 강도는 작아지지만, 회절 모드수가 크게 증가하기 때문이라고 생각된다. 비율(PL/PA)이 3.6을 밑도는 경우, 광산란성이 지나치게 강하게 되기 때문에, LED 내부에서 도파하고 있었던 빛이, 그 진행 방향이 한번 흐트러지고, 재차 도파할 확률이 발생하게 되기 때문에, 발광 출력이 저하한다고 생각된다. 이상으로부터, 비율(PL/PA)이 클수록, 내부 양자 효율(IQE)이 커지는 것을 알 수 있었다. 또한, LED는, 비율(PL/PA)이 2.7~16.0이 바람직하고, 3.6~10.7이 보다 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 한편, 요철 구조(L)가 SiO2인 경우에 관해서도 같은 검토를 한 바, 실시예 8과 같은 경향이 관찰되었다. On the other hand, when the emission output of the LED was evaluated, the ratio (PL / PA) of 10.7 was larger than that of the case where the ratio (PL / PA) was 16.0. In addition, the emission output was larger in the case where the ratio (PL / PA) was 3.6 and the ratio (PL / PA) was 3.6, as compared with the case where the ratio (PL / PA) was 2.7 and 1.8. Furthermore, the light emission output was larger in the case where the ratio (PL / PA) was 10.7, as compared with the case where the ratio (PL / PA) was 3.6. Thus, it can be seen that the performance of the LED is not determined only by the magnitude of the internal quantum efficiency (IQE). This is the effect of light extraction efficiency (LEE). The PL / PA ratios were 10.7, 3.6, 4.6, 7.1, 2.7, 16.0 and 1.8, respectively. This is because, when the ratio (PL / PA) is 10.7, the optical diffraction is very strong and the number of diffraction modes is limited, but it is considered that the diffraction intensity in a predetermined direction is large. Then, if the ratio (PL / PA) is 3.6 and 4.6, the diffraction mode intensity is small, but the number of diffraction modes is considerably increased. When the ratio (PL / PA) is less than 3.6, the light scattering property becomes too strong, so that the light which has been guided in the LED once disturbs its traveling direction, . From the above, it can be seen that the larger the ratio PL / PA, the larger the internal quantum efficiency IQE. Further, it was found that the ratio (PL / PA) of the LED is preferably 2.7 to 16.0, more preferably 3.6 to 10.7. On the other hand, when the concavoconvex structure L was made of SiO 2 , the same examination was made, and the same tendency as in Example 8 was observed.
(실시예 9)(Example 9)
실시예 9에서는, 요철 구조(A)의 듀티의 보다 바람직한 범위를 조사했다. LED용 패턴 웨이퍼(2)의 요철 구조(A)는 정육방 배열(6회 대칭 배열), 볼록부 정상부의 형상은 라운딩을 띤 각부, 그리고 회전 시프트각(Θ)은 30°, 평균 간격(PA)은 300 nm로 했다. 파라미터는 듀티이며, 0.17 내지 0.96의 범위에서 조정했다. 또한, 요철 구조(L)로서는, 홀형(holl)을 제작했다. 제작한 샘플을 표 9에 정리했다. In Example 9, a more preferable range of the duty of the concavo-convex structure (A) was investigated. The convexo-concave structure A of the patterned
표 9로부터, 듀티가 0.73과 0.96 사이에서 내부 양자 효율(IQE)이 크게 변하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 듀티가 0.96인 경우, 요철 구조(A)의 오목부의 바닥부의 크기가, 반도체층의 안정적인 핵의 크기보다도 작아지고 있기 때문이라고 생각된다. 즉, 핵의 부착과 성장성이 다소 손상되기 때문에, 전위 저감 효과가 낮아져, 내부 양자 효율(IQE)이 저하한 것으로 추정된다. 한편, 듀티가 클수록 광 추출 효율(LEE)이 향상되는 것을 알 수 있다. 즉, 요철 구조(A)의 기본 기능인, 크랙의 억제와 내부 양자 효율(IQE)의 개선에 더하여, 듀티의 조정에 의해 광 추출 효율(LEE) 개선의 기능을 부가할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이것은, 광자에서 본 볼록부의 체적이 커지기 때문에, 광 회절의 모드수가 증가하기 때문이라고 생각된다. 한편, 크랙에 관해서는, 모든 샘플에서 대략 같으며, 49~52×109/㎠의 범위였다. 이상으로부터, LED로서 본 경우, 요철 구조(A)의 듀티는, 0.96 미만인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 또한, 외부 양자 효율(EQE)을 보다 크게 한다는 관점에서, 0.53 이상인 것이 바람직하고, 0.63 이상이면 보다 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 한편, 요철 구조(L)가 SiO2인 경우에 관해서도 같은 검토를 한 바, 실시예 9와 같은 경향이 관찰되었다. From Table 9, it can be seen that the internal quantum efficiency (IQE) greatly varies between 0.73 and 0.96. This is considered to be because, when the duty is 0.96, the size of the bottom of the concave portion of the concave-convex structure A is smaller than the size of the stable nucleus of the semiconductor layer. That is, since the adhesion and growth of the nuclei are somewhat impaired, the potential reduction effect is lowered and the internal quantum efficiency (IQE) is estimated to be lowered. On the other hand, the larger the duty ratio, the better the light extraction efficiency (LEE) is. That is, it can be understood that the function of improving the light extraction efficiency (LEE) can be added by adjusting the duty in addition to the suppression of the crack and the improvement of the internal quantum efficiency (IQE), which are basic functions of the concave- convex structure (A). This is considered to be because the volume of the convex portion seen from the photon becomes large, and the mode number of the optical diffraction increases. On the other hand, as for the cracks, it was approximately the same in all samples and ranged from 49 to 52 x 10 9 /
본 발명은, LED에 적용할 수 있으며, 특히, 청색 LED, 자외 LED, 백색 LED에 적용되는 GaN계 반도체 발광 소자에 적합하게 적용할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an LED, and particularly applicable to a GaN-based semiconductor light emitting device applied to a blue LED, an ultraviolet LED, and a white LED.
본 출원은, 2013년 5월 31일 출원의 특원 2013-116025 및 2013년 5월 31일 출원의 특원 2013-116024에 기초한다. 이들 내용은 전부 여기에 포함시켜 놓는다. This application is based on patents 2013-116025 of May 31, 2013 and 2013-116024 of May 31, 2013. These are all included here.
Claims (15)
상기 요철 구조(A)의 적어도 일부는, 상기 주면 내에서의 LED용 패턴 웨이퍼 결정축 방향에 대한 상기 요철 구조(A)의 배열축 A의 회전 시프트각(Θ)이, 0°<Θ≤(180/n)°를 만족하는 동시에,
상기 요철 구조(A)의 볼록부 정상부는, 곡율 반경이 0 초과인 각부인 것
을 특징으로 하는 LED용 패턴 웨이퍼. (A) having a substantially symmetrical arrangement n times at least on a part of its main surface,
At least a part of the convexo-concave structure (A) is formed such that the rotational shift angle (?) Of the array axis A of the concave-convex structure (A) with respect to the crystalline axis direction of the patterned wafer for LED in the main surface is 0 < / n) °,
The convex portion of the convexo-concave structure (A) is a corner portion having a radius of curvature of more than 0
And pattern wafers for LEDs.
준비한 상기 LED용 패턴 웨이퍼를 광학 검사하는 공정과,
광학 검사한 상기 LED용 패턴 웨이퍼를 사용하여 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재한 LED용 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법. A method for manufacturing a patterned wafer for LED according to any one of claims 1 to 10,
A step of optically inspecting the prepared pattern wafers for LED;
A process for producing the epitaxial wafer for LED described in any one of claims 11 to 13 using the optically-inspected patterned wafer for LED
Wherein the epitaxial layer is formed on the epitaxial wafer.
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